Вирусы - невидимые, но активные участники борьбы за место в биосфере Земли. С их помощью происходит обмен ДНК между биологическими видами, они предоставляют новый генетический материал для эволюции и контролируют рост популяций. Каждое живое существо - от одноклеточных до млекопитающих - испытывает на себе их воздействие. Власть вирусов не ограничивается влиянием на живые организмы; вирусы способны воздействовать на состав почвы, климат, свойства воды в Мировом океане и пресных водоемах Земли. Когда мы рассматриваем эволюционный путь любого микроорганизма, растения или животного, то за каждым шагом эволюции стоят крошечные, но грозные вирусы - настоящие хозяева нашей планеты.
Вирусы привносят хаос в человеческую жизнь, влияя на здоровье почти миллиарда человек. Они также сыграли главные роли в значительных открытиях в области биологии за последние 100 лет. Вирус оспы убил самое большое количество людей за всю историю человечества, однако сейчас он практически не встречается на земном шаре. Новые вирусы, такие как ВИЧ, продолжают ставить перед человечеством задачи, которые еще предстоит решить.
Вирусы — невидимые, но очень активные игроки в погоне за главенством на нашей планете. Они переносят генетический материал от одного биологического вида к другому, производят новый генетический материал, двигающий эволюцию, а также регулируют количество особей в больших популяциях живых организмов. Каждый вид, от крошечных микробов до крупных млекопитающих, подвергается воздействию вирусов. Воздействие вирусов распространяется не только на живые организмы, но простирается дальше — они влияют на климат, состав почвы, океаны, моря и пресноводные водоемы. Если задуматься о том, как каждый биологический вид развивался в течение эволюционного процесса, нельзя не принимать во внимание то влияние, которое оказали вирусы, живущие рядом с нами.
Карл Циммер написал содержащиеся в книге эссе для проекта «Мир вирусов» (
Для дополнительной информации о «Мире вирусов» зайдите на http://www.worldofviruses.unl.edu.
В пятидесяти милях к юго-востоку от мексиканского города Чиуауа находятся пустынные горные хребты Сьерра-де-Найка. В 2000 году шахтеры проводили разработки в пещерах под горами. Когда они углубились примерно на 300 метров, им показалось, что они попали в совершенно другой мир. Они очутились в зале десять на шесть метров. Его потолок, пол и стены были покрыты слоем гладких полупрозрачных кристаллов гипса. Кристаллы встречаются во многих пещерах, но кристаллы Сьерра-де-Найка были непохожи на другие. Каждый из них был длиной в двенадцать метров и весил не меньше пятидесяти пяти тонн. Эти кристаллы были малопригодны для изготовления украшений, зато отлично подходили для альпинизма.
Со времени открытия лишь немногим ученым удалось получить доступ к этому удивительному залу, получившему название Пещера Кристаллов. Хуан Мануэль Гарсия-Руис (
В 2009-м другой ученый, Кертис Саттл (
В Пещере Кристаллов не было людей, которых вирусы могли бы инфицировать. Там не было даже рыбы. Пещера была отрезана от живого мира на протяжении миллионов лет. Поэтому все приготовления Саттла стоили затраченных усилий. Препарировав образцы кристаллической воды, он поместил их под микроскоп. В каждой капле воды из пещеры содержалось до двухсот миллионов вирусов.
Где бы ученые ни искали: глубоко под землей, в песках пустыни Сахара, под километровыми толщами антарктического льда — они находили вирусы. А в уже знакомых местах обнаруживали новые. В 2009 году Дана Виллнер (
Наука вирусология еще очень молода. Ученые обнаруживают новые виды вирусов быстрее, чем им удается исследовать их должным образом. Но все-таки этой молодости предшествовало долгое детство, так как мы знали о вирусах на протяжении тысяч лет. А знали о них, так как наблюдали болезни и смерть. Но очень долго мы не знали, как связать причину со следствием. Само слово «вирус» является противоречивым. Оно было заимствовано из латинского языка, с которого его можно перевести как «змеиный яд», или «человеческое семя». Рождение и смерть в одном слове. По прошествии сотен лет слово «вирус» приобрело другое значение: им стали обозначать любую субстанцию, которая могла быть носителем болезни. Им называли жидкость, выделявшуюся из раны, вещество, таинственным образом перемещавшееся в воздухе, и даже листок бумаги, заражающий всякого, кто его коснется. Понятие «вирус» стало приобретать смысл, близкий к современному, лишь с наступлением XIX века благодаря сельскохозяйственной катастрофе. В Голландии табачные фермы были «выкошены» болезнью, поражавшей растения, и превращавшей их в мозаику из живых и мертвых участков ткани. Целые фермы были опустошены.
В 1879 году голландские фермеры обратились к Адольфу Мейеру (
В конце концов, Мейер взял сок из больного растения и впрыснул его в здоровый табак. Здоровое растение, как и предполагал Мейер, также заболело. Должно быть, внутри больных растений живет какой-то болезнетворный микроорганизм. Сок, взятый из больного растения, Мейер поместил в инкубатор. Колонии бактерий начали расти и вскоре увеличились настолько, что стали видны невооруженным глазом. Мейер привил бактерии здоровым растениям, чтобы выяснить, вызовет ли это заболевание. Однако эксперимент закончился неудачно. Эта неудача завела исследования Мейера в тупик.
Несколько лет спустя другой голландский исследователь, Мартинус Бейеринк (
Бейеринк отфильтровал сок из только что инфицированных растений и обнаружил, что им можно заразить другие растения. В соке зараженных растений находилось что-то, что было гораздо мельче, чем бактерия, способное к самокопированию и распространяющее болезнь. Бейеринк назвал это «живым заразным флюидом».
Что бы ни находилось в живом заразном флюиде, оно принципиально отличалось от всех известных науке типов живых существ. Оно было не только невообразимо маленьким, но и невероятно живучим. Бейеринк добавлял в отфильтрованную жидкость спирт, но она все равно оставалась заразной. Кипячение также не принесло результатов. Бейеринк погружал пористую бумагу в жидкость, высушивал ее, и через три месяца вода, в которой была вымочена эта бумага, была способна заражать растения.
Бейеринк использовал слово «вирус» для описания загадочного вещества, содержавшегося в живом заразном флюиде. Впервые данное слово было использовано в его современном значении. Однако, в известном смысле, Бейеринк просто использовал его для того, чтобы определить, чем вирусы не являлись. Они не являлись животными, растениями, грибами или бактериями. Чем именно они были, Бейеринк сказать не мог. Он дошел до того предела, которого могла достичь наука XIX века.
Более глубокое изучение вирусов требовало лучшего оборудования и лучших научных достижений. Электронные микроскопы позволили ученым увидеть вирусы такими, какими они и являлись: частицами невероятно малого размера. Для сравнения: вытряхните из солонки одну крупинку соли. Вдоль нее может выстроиться десять клеток кожи. Около сотни бактерий. Если сравнивать их с вирусами, то бактерии просто гиганты. Вдоль одной крупинки соли может выстроиться более тысячи вирусов.
Несмотря на его малый размер, ученые нашли способы вскрыть вирус и заглянуть внутрь. Клетка человеческого тела состоит из миллионов разных молекул, которые она использует для «ощупывания» окружающей среды, ползания туда-сюда, питания, роста, а также для того, чтобы решить, стоит ли делиться на две или пожертвовать собой для благе своих «сестер». Вирусологи обнаружили, что большинство вирусов, которые они исследовали, состояли только из белковой оболочки и нескольких генов. Также им стало известно, что вирусы могут воспроизводить себя, несмотря на бедный набор генов, путем захвата клеток других живых организмов. Они наблюдали, как вирусы вводят в клетку свой генетический материал, заставляя ее производить новые вирусы. В клетку проникает один вирус, а выйти могут тысячи.
Вирусологи получили эти фундаментальные знания к 1950-м годам. Однако вирусология как наука не зашла в тупик. Для начала вирусологи почти ничего не знали о множестве способов, которыми вирусы нас заражают. Они не знали, почему вирус папилломы «выращивает» рога на кроликах и вызывает сотни тысяч случаев рака шейки матки ежегодно. Они не знали, что делает некоторые вирусы смертельно опасными, а другие практически безвредными. Им еще предстояло узнать, как вирусам удается обходить системы защиты своих носителей и эволюционировать быстрее, чем что-либо на планете. В 1950-х ученые не знали, что вирус, который впоследствии назовут ВИЧ, уже перешел от шимпанзе к человеку. Также они не знали, что через тридцать лет он станет самым смертоносным вирусом в истории человечества. Они даже не могли предположить, сколько различных вирусов обитает на нашей планете, не представляли себе, что большая часть генетического разнообразия жизни на Земле может быть обнаружена в генотипе различных вирусов. Они не знали, что вирусы участвуют в процессе выработки кислорода, которым мы дышим, и сохраняют температурный баланс на планете. И, конечно, они не могли догадаться, что геном человека частично сформирован тысячами вирусов, заражавших наших далеких предков. Или, что жизнь, какой мы ее знаем, могла произойти 4 миллиарда лет назад от вирусов.
Теперь ученые знают об этом, точнее, знают что-то об этом. Теперь они осознают, что от Пещеры Кристаллов до человеческого организма вся наша планета — это планета вирусов. Их представления еще нуждаются в доработке, но это только начало. Пусть же оно окажется удачным.
Около 3 500 дет назад египетский ученый написал старейший известный трактат о медицине. Среди заболеваний, описанных им в папирусе, получившем название Папирус Эберса, было и
Некоторые вирусы были открыты человеком недавно. Другие встречаются крайне редко. Но риновирус человека, главная причина возникновения простуды. а также приступов астмы, является нашим старым спутником. Согласно исследованиям, человек проводит около года своей жизни в постели с простудой. Другими словами, риновирус человека является одним из самых «успешных вирусов».
Гиппократ, древнегреческий целитель, считал, что простуда вызывается дисбалансом жидкостей в человеческом теле. Две тысячи лет спустя, в 1920-х, врач Леонард Хилл
Эксперименты Крузе открыли, что простуда вызывается неким крошечным патогеном. Сначала многие эксперты считали, что это какой-то вид бактерий, однако в 1927 году Альфонс Доше
Понадобилось еще 30 лет на то, чтобы ученые выяснили, какие именно вирусы просочились сквозь фильтр. Структура вируса, получившего название риновирус человека (
Распространяется риновирус посредством насморка. Простуженные люди вытирают носы, так вирус попадает к ним на руки, с них — на дверные ручки и другие поверхности, за которые они берутся. Вирус передается другим людям, касающимся этих поверхностей, проникает в их организм, обычно опять же через нос. Риновирусы могут вторгаться в клетки на внутренней поверхности носа, горла или легких. Они заставляют клетки открывать им «черный ход», через который они проникают дальше. В течение нескольких следующих часов риновирус использует клетки-носители для копирования своей генетической информации и создания белковых оболочек для их защиты. Затем клетка-носитель разрывается и дает жизнь новым вирусам.
Риновирусы поражают относительно небольшое количество клеток и приносят не так много реального вреда. Так почему же заболевание может вызывать такие осложнения? Нам следует винить только себя. Зараженные клетки выпускают специальные молекулы, цитокины, привлекающие клетки иммунной системы. Эти клетки и заставляют нас чувствовать себя так ужасно. Они вызывают воспаление, создающее неприятные ощущения в горле, и выделение слизи вокруг очага воспаления. Чтобы выздороветь после простуды, нам приходится ждать не только, когда иммунная система расправится с вирусом, но и пока она сама не выйдет из возбужденного состояния.
Египетский автор Папируса Эберса писал, что для того, чтобы избавиться от реша, нужно обернуть нос смесью из меда и трав. В Англии XVII века лекарством служила смесь из пороха, яиц, жареного коровьего помета и почечного сала. Леонард Хилл, врач, считавший, что простуда вызывается переменой температуры, советовал принимать по утрам холодный душ.
Сегодня врачи могут мало что противопоставить простуде. Вакцины не существует. Не существует препарата, применение которого приводило бы к уничтожению вируса. Некоторые опыты установили, что прием цинка может замедлить размножение риновируса человека, однако последующие исследования не подтвердили этого.
Как оказалось, некоторые способы лечения простуды могут быть хуже, чем сама болезнь. Родители часто дают своим детям сироп от кашля, хотя исследования показывают, что прием сиропа не ускоряет выздоровление. Вместо этого он имеет широкий спектр побочных эффектов, таких как судороги, учащенное сердцебиение и даже смерть. В 2008 году
Другим популярным средством от простуды являются антибиотики, несмотря на то, что они борются только с бактериями и совершенно бесполезны против вирусов. В некоторых случаях врачи прописывают антибиотики, когда они не уверены, простужен ли человек или у него бактериальная инфекция.
Иногда назначение антибиотиков бывает продиктовано давлением со стороны родителей, желающих сделать хоть что-нибудь. Однако необоснованный прием антибиотиков вредит нам, стимулируя развитие бактерий, становящихся устойчивыми к лекарственным препаратам и нашим антителам. Неудачное лечение пациентов повышает, помимо прочего, риск заболевания других людей.
Одной из причин того, что простуда неизлечима, может быть тот факт, что мы недооцениваем риновирусы. Они существуют во множестве форм, и ученые только начинают разбираться в их многообразии. К концу XX века было открыто несколько десятков штаммов, принадлежащих к двум большим родам, получившим названия
Чем больше штаммов риновируса обнаруживали ученые, тем лучше они понимали ход их эволюции. Все риновирусы человека несут в себе генетическое ядро, меняющееся очень слабо в процессе их распространения. В то же время некоторые гены риновирусов меняются очень быстро. Оказывается, эти гены нужны для того, чтобы вирусы выживали, сталкиваясь с нашей иммунной системой. Когда наш организм вырабатывает антитела для борьбы с определенным штаммом риновируса, другие штаммы все еще могут заразить нас, так как наши антитела не подходят для их белковой оболочки. С этой гипотезой соотносится факт, что каждый год одного человека заражает несколько разных штаммов риновируса.
Разнообразие риновирусов человека делает их неуязвимой мишенью. Лекарство или вакцина, нацеленные на белковую оболочку одного штамма, могут быть бесполезны против штаммов с тем же белком, но имеющим другую структуру. Если штамм риновируса имеет хотя бы небольшую степень устойчивости к препарату, то естественный отбор ускорит появление мутировавших вирусов, обладающих сильной устойчивостью к нему.
Несмотря на разнообразие риновирусов, некоторые ученые оптимистично считают, что изобрести лекарство от простуды можно. То, что все риновирусы имеют одинаковое ядро генов, дает возможность предположить, что это ядро неспособно противостоять мутационным процессам. Другими словами, вирусы, ядро которых затронуто мутацией, умирают. Если ученые смогут обнаружить способы воздействия на это ядро, то им удастся остановить болезнь. Многообещающим кажется воздействие на участок генетического материала, имеющий форму листа клевера. Каждый из исследованных риновирусов нес в себе одинаковую структуру в форме листа клевера, которая отвечает за скорость воспроизводства вирусов клеткой-носителем. Если ученые смогут обезвредить этот лист клевера, им, возможно, удастся избавить мир от простуды.
Но нужно ли это делать? Риновирус человека оказывает тяжелое влияние на состояние общественного здоровья, не только вызывая простуду, но и открывая дорогу более опасным болезнетворным организмам. Однако сам по себе риновирус человека действует на организм относительно мягко. Большинство случаев заражения простудой проходят за неделю, а у 40% людей, анализы у которых показали наличие риновируса, не испытывали симптомов заболевания.
Более того, риновирус человека может оказывать благоприятное влияние на организм своего носителя. Ученые собрали большое количество эмпирического материала, подтверждающего, что дети, болевшие относительно безвредными вирусными или бактериальными заболеваниями, став взрослыми, менее подвержены иммунным расстройствам, таким как аллергия и болезнь Крона. Риновирус человека может «тренировать» нашу иммунную систему, чтобы она не реагировала слишком сильно на малые угрозы, а вместо этого сосредотачивалась на серьезных опасностях. Возможно, нам стоит воспринимать простуду не как наших старых врагов, а как мудрых учителей.
Инфлюэнца. Если закрыть глаза и произнести это слово вслух, оно звучит очень мило. Так могла бы называться очаровательная древняя итальянская деревня. Слово «инфлюэнца» и в самом деле итальянское, оно означает «воздействие». Кроме того, это средневековое итальянское имя. Но приятные совпадения на этом заканчиваются. Средневековые лекари считали, что звезды оказывают свое влияние на пациентов и вызывают загадочную лихорадку, прокатывающуюся по всей Европе каждые несколько десятков лет. С тех самых пор вирус гриппа не прекращает свирепствовать. В 1918 году небывало мощная эпидемия унесла жизни более пятидесяти миллионов человек. Даже в годы, когда эпидемии обходят человечество стороной, смертельные случаи все равно происходят.
Только в США каждую зиму от гриппа погибает 36 тысяч человек. От четверти до полумиллиона погибает ежегодно во всем мире. Сегодня ученые знают, что грипп вызывают не звезды, а микроскопические вирусы. Как и вызывающему простуду риновирусу, вирусу гриппа для того, чтобы наносить вред здоровью, достаточно всего десяти генов. Он распространяется вместе с крошечными капельками, которые человек выделяет при кашле, чихании или насморке. Ничего не подозревающая жертва может случайно вдохнуть такую капельку или подхватить ее, взявшись за дверную ручку и поднеся уже зараженные пальцы ко рту. Как только вирус гриппа попадает в горло или носовую полость, он проникает в клетки, из которых состоит слизистая оболочка. Распространяясь от клетки к клетке, вирус гриппа сеет разрушение на своем пути. Клетки слизистой оболочки разрушаются, как если бы вирус гриппа был газонокосилкой, оставляющей за собой скошенную траву.
В организме здоровых людей иммунная система способна контратаковать вирус в течение нескольких дней. В таких случаях человек испытывает болевые ощущения, жар и слабость, но большая часть симптомов проходит в течение недели. У небольшого процента зараженных вирус гриппа создает условия для проникновения в организм гораздо более серьезных заболеваний. В нормальном состоянии слизистые оболочки служат защитой от большого числа патогенов. Патогены попадают на слизь, а затем клетки слизистой при помощи ресничек задерживают их, предупреждая иммунную систему о незваных гостях. Как только газонокосилка гриппа выкашивает этот защитный барьер, патогены проникают внутрь и могут вызывать серьезные болезни легких, некоторые из которых даже имеют летальный исход.
О вирусе, вызвавшем столько смертей в прошлом и продолжающем убивать людей, удивительно мало известно. Сезонный грипп наиболее опасен для людей с пониженным иммунитетом, в особенности для детей и пожилых людей, иммунная система которых не способна распознать вирус. Но во время пандемий гриппа в опасности оказываются в первую очередь люди с хорошим иммунитетом. Ученым не известно, почему грипп переключается с одной категории людей на другую. Согласно одной из теорий, некоторые штаммы гриппа вызывают такой резкий отклик иммунной системы, что она наносит больше вреда организму, чем самому вирусу. Другие ученые не согласны с этой теорией и считают, что ответы следует искать в другой области.
Ученым также не известно, когда вирус гриппа начал заражать людей. Конечно, существуют исторические свидетельства, описывающие смертельные эпидемии лихорадки, но доподлинно не известно, были ли они вызваны вирусом гриппа или другим вирусом, имеющим сходные симптомы.
В противоположность всем загадкам, окружающим грипп, его происхождение не является тайной. Он передался людям от птиц. Птицы являются переносчиками всех известных науке штаммов гриппа, а также многих штаммов, не передающихся человеку. Большинство птиц являются носителями гриппа, но не болеют им. Вместо того чтобы воздействовать на дыхательные пути, вирус гриппа поражает пищеварительный тракт птиц и распространяется с их испражнениями. Здоровые птицы, употребляя зараженную воду, становятся переносчиками гриппа.
Иногда птичьи штаммы гриппа преодолевают межвидовой барьер и становятся штаммами человеческого гриппа. Но на каждый удачный переход должно приходиться множество неудавшихся попыток. Вирусы птичьего гриппа отлично приспособлены к тому, чтобы заражать своих летучих носителей и как можно быстрее размножаться. Эта специализация делает их не такими эффективными при заражении людей. Тем не менее, начиная с 2005 года штамм птичьего гриппа
К несчастью, слабо приспособленный вирус гриппа может эволюционировать в хорошо адаптированный. Вирусы гриппа довольно свободно трактуют генетическую информацию, воспроизводя себя, что приводит к возникновению мутаций у новых вирусов. Эти мутации подобны случайным изменениям в рецепте, по которому «готовится» вирус. Некоторые мутации не оказывают на вирус никакого воздействия. Другие не дают им размножаться. Однако лишь немногие мутации улучшают репродуктивные способности вирусов. Естественный отбор благоволит таким мутациям, и б течением времени они накапливаются, делая вирусы более успешными в заражении людей. Некоторые мутации позволяют вирусу изменить форму его белковой оболочки для того, чтобы интенсивно проникать в клетки-носители. Другие мутации помогают вирусу гриппа выдерживать температуру человеческого тела, которая на несколько градусов ниже, чем у птиц.
Вирус гриппа также выработал новый способ передачи от носителя к носителю. У птиц вирус передается через воду. У человека же он передается при помощи крошечных капелек жидкости. Этот новый способ обуславливает сезонные колебания заболевания гриппом. В местах, подобных США, большинство случаев заболевания гриппом приходится на зиму. Согласно одной теории, воздух зимой более сухой, и это позволяет взвеси из зараженных капелек часами оставаться в воздухе, что увеличивает шанс заражения. В остальные времена года влажность заставляет капельки оседать на землю.
Когда вирус гриппа заражает своего нового носителя, он может проникнуть в клетку, которая уже «занята» другим вирусом гриппа. А когда два разных вируса гриппа воспроизводят себя внутри одной клетки, то дела могут принять неожиданный оборот. Гены вируса гриппа хранятся в восьми отдельных сегментах, а когда клетка начинает воспроизводить вирусы, основываясь на генетической информации двух разных вирусов гриппа, их гены могут перемешиваться. Получившиеся в итоге вирусы могут нести в себе генетический материал обоих вирусов. Это смешение, известное как рекомбинация, является аналогом секса у вирусов. Когда у людей рождаются дети, гены их родителей смешиваются, создавая новые комбинации из двух наборов ДНК. Таким же образом рекомбинация позволяет генам вирусов создавать новые комбинации.
По мере того как ученые более пристально изучают гены вирусов гриппа, они обнаруживают, что рекомбинация играет важную роль в истории развития гриппа. Около четверти птиц несут в себе два или более штаммов гриппа. Вирусы обмениваются генами в процессе рекомбинации, что позволяет им с легкостью переходить от одного вида птиц к другому. А иногда, в очень редких случаях, птичий грипп обменивается генами с человеческим. Это может привести к появлению вируса, который будет легко передаваться от человека к человеку. При том, что у людей еще не выработан иммунитет к данному штамму, который мог бы замедлить распространение вируса.
Рекомбинация играет более важную роль, чем просто преодоление межвидового барьера. Как только птичий штамм гриппа эволюционирует в человеческий, он продолжит обмениваться генами каждый сезон гриппа. Эта непрекращающаяся рекомбинация позволяет вирусам выживать. Чем дольше штамм вируса передается от одного носителя к другому, тем лучше иммунная система человека учится давать ему отпор. Но после сеанса «вирусного секса» старый добрый штамм гриппа может приобрести новые гены и стать более живучим.
Люди не являются единственными, кто перенял вирус гриппа от птиц. Лошади, собаки и некоторые другие млекопитающие также его подхватили. В апреле 2009 года человечество с неприятным удивлением узнало, что гриппом могут болеть и свиньи. Эпидемия так называемого свиного гриппа началась среди свиней, а затем перекинулась на людей. Впервые ее обнаружили в Мексике, и вскоре она распространилась по всей планете.
История этого штамма гриппа, названного свиным гриппом
Когда ученые упорядочили гены нового свино-человеческого
Так как штамм
Как я уже писал в 2010-м, невозможно предсказать, исчезнет ли новый штамм, не выдержав конкуренции со своими сородичами, или эволюционирует в более опасную форму или же приобретет новые гены путем рекомбинации. Однако мы можем не только покорно ждать, чтобы узнать, что приготовит нам эволюция. Мы можем замедлить распространение гриппа, соблюдая требования гигиены. А ученые уже способны прослеживать эволюцию вирусов гриппа и предсказывать, какой из штаммов будет наиболее опасен во время следующего сезона гриппа. Рано говорить, что мы справились с вирусом гриппа, но нам во всяком случае не приходится в борьбе с ним уповать на помощь звезд.
Истории о рогатых кроликах ходили на протяжении столетий. В конечном итоге они приобрели форму мифа о рогатом кролике. Если, пребывая в Вайоминге, вы зайдете в магазин, торгующий открытками, то у вас есть все шансы обнаружить на одной из них рогатого кролика, скачущего через прерию. Он похож на кролика с парой оленьих рогов. Можно даже увидеть рогатого кролика во плоти, правда, только в виде головы, прибитой к стене над обеденным столом.
Конечно, все это чепуха. Большая часть рогатых кроликов — не что иное, как уловки таксидермистов — головы кроликов с приклеенными рогами антилопы. Но, как и большинство мифов, сказание о рогатом кролике несет в себе зерно истины. Иногда действительно встречались кролики с наростами на голове, напоминающими рога.
В начале 30-х годов XX века Ричард Шоуп (
Опыт Шоупа показал не только то, что рога кроликов содержали в себе вирусы. Он продемонстрировал, что вирусы создали рога из зараженных клеток. После этого открытия Шоуп передал свои образцы зараженных тканей Ру, который продолжал исследовать их на протяжении десятилетий. Ру впрыснул зараженную жидкость в тело кроликов и обнаружил, что это не привело к возникновению безвредных рогов. Вместо этого у кроликов развился рак, и они погибли. Благодаря своему исследованию, связавшему рак и вирус, Ру получил Нобелевскую премию по медицине в 1966 году.
Открытия, совершенные Шоупом и Ру, заставили ученых более пристально изучать опухоли других животных. У коров иногда возникают чудовищные наросты из видоизмененной кожной ткани размером с грейпфрут. У многих млекопитающих, от тигров и дельфинов до человека, появляются бородавки. В редких случаях бородавки могут сделать человека «рогатым кроликом». В 80-х годах XX века мальчик из Индонезии по имени Деде начал обрастать бородавками, которые со временем полностью покрыли кожу на руках и ногах. В итоге он не смог больше работать и оказался в составе шоу уродов под прозвищем «человек-дерево». Сообщения о Деде просочились в СМИ, и в 2007 году врачи удалили больше шести килограммов бородавок с тела Деде. С того момента им пришлось продолжать удалять хирургическим путем все вновь появляющиеся бородавки. Наросты на теле Деде, как и все остальные, возникающие на людях и других млекопитающих, как оказалось, вызваны одним вирусом — тем же самым, от которого у кроликов вырастали рога. Его назвали «вирус папилломы», от латинского papilla (почки или бутоны).
В 1970 году немецкий исследователь Гаральд фон Хаузен (
Хаузен доказывал, что если это правда, то гены ДНК вирусов можно обнаружить в раковых опухолях. Он собрал результаты биопсии и не торопясь изучал содержащуюся в них ДНК на протяжении нескольких лет. В 1983 году он обнаружил в образцах ДНК вирусов папилломы. Продолжая исследовать образцы, Хаузен обнаруживал все новые штаммы вируса папилломы. С момента публикации результатов исследования ученые обнаружили сотню разных штаммов вируса папилломы человека (сокращенно — ВПЧ). За свои заслуги Хаузен получил Нобелевскую премию по медицине и физиологии в 2008 году.
Это исследование Хаузена вирусов папилломы оказалось под пристальным вниманием медиков во многом из-за огромного количества вызываемых раком шейки матки смертей. Опухоли, вызываемые ВПЧ, могут вырастать до таких размеров, что повреждают матку или кишечник. Возникающее вследствие этого кровотечение может привести к смерти. Рак шейки матки убивает примерно, 270 тысяч женщин ежегодно, уступая только раку груди и раку легких.
Все случаи летального исхода имели место у женщин, заразившихся ВПЧ. Заражение начинается, когда вирус внедряет ДНК в клетку-носитель. ВПЧ специализируется на заражении клеток эпителия, из которых состоит большая часть кожи и слизистых ободочек. Гены вирусов в итоге проникают в ядро клетки, в котором содержатся собственные гены клетки. Затем клетка считывает гены ВПЧ и начинает воспроизводить белки вирусов. Эти белки, в свою очередь, начинают видоизменять клетку.
Многие другие вирусы, такие как риновирусы или вирусы гриппа, размножаются очень активно. Они стараются в короткий срок произвести как можно больше себе подобных, пока клетка-носитель не переполнится вирусами. В конце концов оболочка клетки разрывается, и клетка умирает. ВПЧ использует совсем другую стратегию. Вместо того чтобы убивать клетку-носителя, вирус заставляет ее делиться. Чем больше зараженных клеток — тем больше и вирусов.
Ускорение процесса деления клеток — большое достижение для вируса, имеющего всего восемь генов. Нормальный процесс деления клетки безумно сложен. Клетка «решает» начать процесс деления в ответ на внутренние и внешние сигналы, мобилизуя целую армию молекул для своей реорганизации. Ее внутренний, состоящий из нитей, скелет растягивает содержимое клетки к ее противоположным концам. В то же время клетка производит копию своей ДНК — 3,5 миллиарда «букв», организованных в 46 пучках, называемых хромосомами. Клетка затем перемещает эти хромосомы к одному из своих концов и выстраивает внутри себя перемычку. Во время всей этой суеты за процессом деления «наблюдают» молекулы-надзиратели. Если им кажется, что процесс деления клетки пошел неправильно, например, если у клетки имелся дефект, делающий ее раковой, то молекулы-надзиратели вынуждают клетку совершить самоубийство. ВПЧ может управлять всеми этими процессами, производя лишь несколько белков, вмешивающихся в важнейшие стадии цикла деления и ускоряя его без убийства клетки.
Многие клетки растут быстро сразу после появления, но потом их рост замедляется или даже останавливается. Клетки эпителия, которые инфицирует ВПЧ, продолжают расти в течение всей жизни. По мере деления они производят новый слой клеток, который вытесняет слой клеток, расположенный над ним. По мере того как клетки делятся и приближаются к поверхности, они становятся отличными от своих прародителей. Они начинают производить больше твердого белка под названием кератин (из него состоят наши ногти и лошадиные копыта). Наполненные кератином клетки верхнего слоя кожи лучше переносят воздействие Солнца, химикатов и температуры. Однако постепенно верхний слой клеток отмирает, и новый слой занимает его место.
Такая система означает, что ВПЧ приходится жить на конвейерной ленте. По мере того как зараженные ВПЧ клетки делятся, они перемещаются все ближе к поверхности и своей смерти. Вирусы чувствуют, что клетка-носитель приближается к поверхности, и изменяют тактику. Вместо ускорения процесса деления они заставляют клетку производить много новых вирусов. Когда клетка достигает поверхности, она выбрасывает множество вирусов ВПЧ, чтобы те искали новых носителей.
В большинстве случаев заражения человека ВПЧ между вирусом и носителем устанавливается баланс. Быстрорастущие зараженные клетки не успевают нанести вред здоровью, потому что организм сбрасывает их. Вирус в то же самое время использует клетки эпителия как фабрики для новых вирусов, способных передаваться новому носителю при кожном контакте или сексе. Поддерживать баланс помогает и иммунная система, убирая некоторые зараженные клетки. (Древообразные наросты Деде были следствием генетического дефекта, который помешал его организму обуздать вирус.)
Этот баланс между вирусом и носителем существовал сотни миллионов лет. Чтобы реконструировать историю ВПЧ, ученые сравнили генетические последовательности различных штаммов и обратили внимание на то, каких животных они заражали. Выяснилось, что ВПЧ заражают не только млекопитающих, таких как люди, кролики и коровы, но и других позвоночных (птиц и рептилий). Каждый из штаммов обычно заражает только один вид или несколько родственных видов. Основываясь на их родстве, Марк Готтшлинг (
По мере того как от этого древнего млекопитающего посредством эволюции происходили новые виды, ВПЧ также видоизменялся. Согласно результатам исследований вирусы начали специализироваться на разных типах тканей своих носителей. Вирусы, вызывающие бородавки, например, адаптировались, чтобы заражать клетки кожи. Другие приспособились к слизистым оболочкам во рту или на других открытых поверхностях. В большинстве случаев эти вирусы мирно сосуществуют со своим носителем. Две трети здоровых лошадей несут в себе штаммы ВПЧ, названные
Эволюция сделала некоторые вирусы более подверженными формированию раковых клеток, чем другие, но исследователи не могут сказать, чем это обусловлено.
На протяжении тысяч поколений ВПЧ приспосабливались к определенным носителям, но время от времени они передавались новым биологическим видам. Множество человеческих ВПЧ имеют самое близкое родство с ВПЧ, заражающими виды, не имеющие такого родства с людьми, например лошадей, а не с ВПЧ наших близких родственников приматов. Для передачи вируса потребовалось всего лишь соприкосновение кожи.
Когда на территории Африки около 200 тысяч лет назад сформировался наш вид, древние предки предположительно уже являлись носителями нескольких штаммов ВПЧ. Представителей этих штаммов сейчас можно встретить по всему миру. По мере того как люди распространялись по планете, покинув территорию Африки 50 тысяч лет назад и освоив Новый Свет 15 тысяч лет назад, ВПЧ продолжали изменяться. Мы знаем это, так как генеалогия некоторых штаммов ВПЧ отражает генеалогию нашего вида. Вирусы ВПЧ, носителями которых являются современные африканцы, относятся к древнейшим формам ВПЧ, тогда как европейцы и азиаты несут в себе собственные штаммы.
Около 199 950 из последних 200 000 лет мы даже не подозревали о существовании ВПЧ. Не из-за того, что ВПЧ был редким вирусом. В 2008 году проведенное исследование показало, что из 1 797 мужчин и женщин 60% имели антитела против ВПЧ, что означает, что они были им заражены в какой-то из периодов своей жизни. Для подавляющего большинства людей подобный опыт был безвреден. Ежегодно из 30 миллионов американских женщин, зараженных ВПЧ, рак шейки матки развивается только у 13 тысяч.
У представительниц этого несчастливого меньшинства баланс между вирусом и носителем был нарушен. Каждый раз, когда зараженная клетка делится, есть маленький шанс, что при этом мутации подвергнется один ген, отвечающий за регулирование жизненного цикла клетки. Здоровой клетке такая мутация не нанесет большого вреда. Но клетка, которую ВПЧ вынуждает расти в ускоренном темпе, находится в опасности. То, что в другом случае вызвало бы неопасную мутацию, превращает инфицированную клетку в предопухолевую. Такая клетка размножается намного быстрее, чем раньше. Ее потомки растут так быстро, что скорости обновления кожи не хватает для того, чтобы избавляться от них. Они образуют опухоль, давящую на окружающие ткани.
Лучшим способом уменьшить шанс возникновения рака является избавление от вызывающих опасные мутации привычек: курения, контактов с вредными веществами и употребления пищи, содержащей канцерогены.
Рак шейки матки можно предотвращать по-другому — с помощью вакцины. В 2006 году в США и Европе была одобрена к применению первая вакцина. Она содержит белки из оболочки ВПЧ, которые наша иммунная система учится распознавать. Если после этого человек заражается ВПЧ, его иммунная система имеет возможность нанести незамедлительный удар.
Введение в использование вакцины вызвало множество споров. Разработчики предлагали прививать девочек в начале подросткового периода. Некоторые родители протестовали, утверждая, что это будет способствовать распространению добрачного секса. В 2008 году медицинские эксперты начали серию обсуждений в «Медицинском журнале» Новой Англии. Вирусу ВПЧ требуется много лет, чтобы дать начало зарождению рака, поэтому мы не знаем, оказалась ли вакцина эффективной.
Другой проблемой может стать тот факт, что вакцина нацелена только на два штамма ВПЧ. Такое решение кажется разумным с позиции соотношения ее стоимости и эффективности, так как два этих штамма вызывают до 70% всех случаев заболевания раком шейки матки. Но люди могут стать носителями еще сотни штаммов ВПЧ, которые непрерывно мутируют и обмениваются генами. Если вакцина истребит два доминирующих штамма, естественный отбор может создать благоприятные условия для других штаммов, которые займут их место. Никогда не стоит недооценивать вирус, превращающий кроликов в рогатых кроликов, а людей — в деревья.
Люди знали о вирусах, или по крайней мере о вызываемых ими симптомах, все время, пока вирусы инфицировали людей. Ученые обнаружили существование вирусов в XIX веке, а к началу XX они узнали о них некоторые важные вещи. Выяснилось, что вирусы являются возбудителями инфекции невероятно малого размера. Они начали связывать возникновение конкретных болезней, вроде вируса табачной мозаики или бешенства, с конкретными вирусами. Однако молодая наука вирусология только проходила этап становления. Она, в основном, была направлена на наиболее беспокоящие нас вирусы — те, которые заражают нас или растения, выращиваемые для употребления в пищу. Кругозор вирусологов был очень узок.
Догадки о реальном масштабе воздействия вирусов появились во время Первой мировой воины. Французские солдаты умирали в больших количествах, причем причиной тому являлись не только немцы, но и бактерии. Микробы попадали в их раны, в еду и питьевую воду. Их проникновение облегчила эпидемия гриппа 1918 года. Она ослабила защитные силы своих жертв, позволяя бактериям проникать в их легкие. Солдаты заражали гражданское население, и в конце концов погибло около пятидесяти миллионов человек — многие из-за воздействия бактерий.
Сегодня врачи могут лечить эти заболевания при помощи антибиотиков. Но антибиотики изобретут только в 30-х годах XX века. Во время Первой мировой войны доктора могли лишь очистить рану или, если это не помогало, ампутировать конечность. Пациент зачастую все равно умирал.
В 1917 году, посреди всего этого кровавого безумия, врач канадского происхождения Феликс Д’Эрель (
Свое открытие Д’Эрель сделал, исследуя вспышку дизентерии среди французских солдат. На одном из этапов своего исследования он пропустил стул солдат через фильтр. Фильтр имел настолько маленькие поры, что даже вызывающие дизентерию бактерии — шигеллы (
Колонии шигелл начали расти, но через несколько часов Д’Эрель заметил странные разрывы, появлявшиеся в этих колониях. Он взял пробы из этих разрывов и смешал их с новыми образцами шигелл. В чашках он увидел те же разрывы. Д’Эрель заключил, что эти разрывы были полем боя, где вирусы убивали бактерий и оставляли позади их прозрачные трупы. Ученый считал открытие настолько сенсационным, что обнаруженные им вирусы получили собственное названия. Он окрестил их
Сама идея существования вирусов, истребляющих бактерии, была настолько странной, что некоторые ученые не могли в нее поверить. Жюль Борде (
Д’Эрель защищался, Борде контратаковал, и спор растянулся на годы. Он продолжался до 40-х годов, когда ученые смогли наглядно подтвердить, что Д’Эрель был прав. К тому времени инженеры создали электронные микроскопы, мощность которых позволяла рассмотреть вирусы. Когда они смешали убивающий бактерий раствор с кишечной палочкой и поместили его под микроскоп, то увидели фагов, атакующих бактерии. У фагов были угловатые оболочки, содержащие в себе их гены, а вся конструкция держалась на чем-то, очень напоминающем паучьи лапы. Фаги высаживались на поверхность бактерии, как космонавты на Луну, и вгрызались в ее оболочку, впрыскивая внутрь свою ДНК.
Узнавая больше о фагах, ученые выяснили, что спор между Д’Эрелем и Борде был спором по поводу совершенно разных вещей. Фаги не принадлежат одному виду, и различные виды фагов ведут себя по-разному в отношении своих носителей. Д’Эрель обнаружил агрессивную форму, представители которой получили название вирулентных фагов, убивающих носителей при размножении. Борде же изучал более «великодушную» форму, представители которой получили название умеренных фагов. Умеренные фаги обходятся со своими носителями во многом так же, как ВПЧ обходится с клетками кожи. Когда умеренный фаг инфицирует бактерию-носителя, она не разрывается, давая жизнь новым фагам. Вместо этого гены умеренного фага включаются в ДНК носителя, и тот продолжает расти и делиться. Выглядит это так, как будто вирус и его носитель становятся одним целым.
Иногда ДНК умеренного фага все-таки пробуждается. Она дает клетке команду производить новых фагов, которые вырываются из нее, чтобы инфицировать новых носителей. Как только в бактерию проникает умеренный фаг, она становится невосприимчивой к новым вторжениям. Вот почему Борде не удалось убить свою первую колонию кишечной палочки — она уже была заражена и потому оказалась неуязвимой.
Д’Эрель, не желая ждать окончания спора по поводу фагов, применял их для лечения своих пациентов. Во время Первой мировой войны он обнаружил, что по мере того как солдаты выздоравливают после дизентерии, содержание фагов в их стуле повышается. Он заключил, что фаги на самом деле убивают бактерии. Возможно, если бы он давал своим пациентам большие количества фагов, ему бы удалось справиться с болезнями еще быстрее.
Прежде чем проверить эту догадку, Д’Эрелю нужно было убедиться, что фаги безвредны. Поэтому сам проглотил их, чтобы проверить, заболеет он или нет. Ученый выявил, что может глотать фагов, как он писал впоследствии, «без проявления малейших симптомов заболевания». Он впрыснул фагов себе под кожу и вновь не выявил никаких признаков болезни. Убедившись, что фаги безопасны, он начал давать их больным. Он утверждал, что они помогли пациентам вылечиться от дизентерии и холеры. Когда четверо пассажиров французского корабля, проходившего через Суэцкий канал, слегли с бубонной чумой, Д’Эрель ввел им фагов. Все больные поправились.
Случаи выздоровления его пациентов сделали Д’Эреля еще более известным. Американский писатель Льюис Синклер положил эти исследования в основу своего романа «Эрроусмит», ставшего бестселлером в 1925 году и экранизированного Голливудом в 1931-м. В то время Д’Эрель разработал фагосодержащие лекарства, которые продавались компанией, ныне известной как . Люди принимали эти лекарства для лечения кожных заболеваний и внутренних инфекций.
Но к 1940 году ажиотаж вокруг фагов начал спадать. Идея о том, что пациентов можно лечить при помощи вирусов, заставляла многих врачей испытывать тревогу. После открытия антибиотиков в 30-х годах XX века эти врачи восприняли их с гораздо большим энтузиазмом, так как антибиотики не являлись живыми организмами, а были просто химическими веществами, полученными искусственным путем, и белками, производимыми грибками и бактериями. Антибиотики также показали свою невероятную эффективность, часто излечивая инфекцию за несколько дней. Фармацевтические компании прекратили производство фагов Д’Эреля и начали «штамповать» антибиотики. В свете успеха антибиотиков назначение фагов стало неэффективным.
Однако дело Феликса Д’Эреля не умерло вместе с ним в 1949 году. Побывав в 20-х годах XX века в СССР, он встретился с учеными, желавшими создать целый институт по изучению фагов. В 1923 году он помог советским исследователям основать Институт по изучению бактериофагов, микробиологии и вирусологии им. Элиавы (
В 1963 году этим институтом было проведено самое масштабное исследование в истории, целью которого было выяснить последствия приема человеком фагов. В исследовании участвовало 30 796 детей из Тбилиси. Раз в неделю около половины детей принимали пилюлю, содержащую фаги, борющихся с кишечной палочкой. Вторая половина получала пустышку, наполненную сахаром. Чтобы минимизировать эффект воздействия окружающей среды, ученые давали пилюли с фагами детям, живущим по одной стороне каждой из улиц, а пилюлю с сахаром — детям, живущим на другой ее стороне. Ученые наблюдали за детьми 109 дней. Среди детей, которые получали пустышку, дизентерией заболели 6,7 из тысячи. Среди детей, принимавших фагов, это число упало до 1,8 на тысячу. Другими словами, прием фагов снижал шанс заболевания у детей на 3,8.
За пределами Грузии лишь немногие узнали о таких впечатляющих результатах, и все благодаря режиму секретности Советского государства. Только после падения СССР в 1989 году информация начала просачиваться. Эти данные вдохновили небольшую, но целеустремленную группу западных ученых провести исследования фаговой терапии и бросить вызов укоренившемуся на Западе нежеланию ее применять.
Эти защитники фагов считают, что не нужно волноваться по поводу использования фагов в лекарствах. В конце концов, фаги обитают во многих продуктах: йогурте, соленьях и салями. Фаги живут и в наших телах, и это неудивительно, если учесть, что каждый из нас несет в себе около ста триллионов бактерий, многие из которых являются носителями для различных видов фагов. Каждый день эти фаги убивают множество бактерий внутри нас без вреда для нашего здоровья.
Аргументом противников фагов было то, что их воздействие слишком узконаправленно. Каждый вид фагов может атаковать один вид бактерий, в то время как антибиотик поражает множество бактерий разом. Однако сейчас становится ясно, что фаготерапия способна бороться со множеством инфекции. Врачам необходимо лишь смешать несколько видов фагов в один «коктейль». Ученые Института им. Элиавы разработали перевязочный материал, в котором содержались шесть видов фагов, поражающих шесть основных инфекций, опасных для открытых ран.
Скептики говорили, что даже если удастся выработать эффективную фаготерапию, то эволюция вскоре сделает ее бесполезной. В 40-х годах XX века микробиологи Сальвадор Лурия (
Защитники фаготерапии отвечали на это тем, что фаги тоже способны эволюционировать. При размножении они могут приобретать мутации, которые дадут им новые пути для заражения устойчивых бактерий. Ученые могут даже помочь фагам в этом. Они могут среди тысяч видов фагов найти таких, которые станут наилучшим средством в борьбе с определенной инфекцией. Они могут даже, немного повозившись с ДНК, создать фагов, способных убивать по-новому.
В 2008 году Джеймс Коллинз (
В то время как Коллинз и другие ученые изобретают способы сделать фаги более смертоносными для бактерий, антибиотики теряют свои лавры. Врачи борются со всевозрастающим количеством бактерий, невосприимчивых ко всем имеющимся сегодня антибиотикам. Иногда врачам приходится полагаться лишь на сильнодействующие лекарства как «последнее средство», обладающие сильными побочными эффектами. Однако есть все основания полагать, что бактерии смогут эволюционировать и станут невосприимчивы и к таким лекарствам. Ученые бьются над разработкой новых антибиотиков, но могут пройти десятилетия, пока препарат из лаборатории попадет на полки аптек. Может, и сложно представить, каким был мир до антибиотиков, но теперь нам нужно представлять, каким будет мир, в котором антибиотики будут не единственными борцами с инфекцией. Сейчас, когда прошло уже более 90 лет с момента открытия Д’Эрелем бактериофагов, они, кажется, готовы стать частью современной медицины.
Некоторые великие открытия вначале напоминают чудовищные ошибки.
В 1986 году выпускница Нью-Йоркского государственного университета Лита Проктор (
Через годы несколько ученых собрали доказательства, не укладывавшиеся в данную теорию. Океанолог Джон Сиберт (
Основываясь на количестве вирусов, обнаруженных ею в собранных образцах, Проктор предположила, что каждый литр морской воды содержит около ста миллиардов вирусов.
Цифры, полученные Проктор, были несоизмеримы с результатами предыдущих исследований. Немногие ученые бы удивились, узнав, что она по ошибке добавила пару лишних нулей. Но когда другие ученые проводили собственные исследования, которые привели к схожим результатам, то они также пришли к мнению, что в океане живет около 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 вирусов.
Сложно найти что-то, с чем можно сравнить такое невероятное число. На каждого обитателя океана приходится по пятнадцать вирусов. Если положить все вирусы океана на чашу весов, то на другой можно разместить семьдесят пять миллионов голубых китов. Если же выстроить все их в одну линию, то она протянется через шестьдесят ближайших галактик.
Все эти цифры не означают, что купание в океане граничит с самоубийством. Только 1/60 часть вирусов в океане способна инфицировать человека. Некоторые морские вирусы инфицируют рыб и других морских животных, но наиболее частой их добычей являются микробы. Микробов хоть и не видно невооруженным взглядом, но они по массе превосходят всех живущих в океане китов, все кораллы и остальные формы океанической жизни. Подобно тому как бактерии в нашем организме подвергаются нападению фагов, морские микробы атакуются морскими вирусами-бактериофагами (морскими фагами).
Когда Феликс Д’Эрель впервые обнаружил бактериофаги в организмах французских солдат в 1917 году, многие ученые отказывались верить в их существование. Сто лет спустя выяснилось, что Д’Эрель обнаружил самую распространенную форму жизни на Земле. С момента обнаружения Проктор изобилия морских вирусов ученые продолжают делать открытия, подтверждающие их колоссальное влияние на нашу планету. Морские фаги влияют на экологию Мирового океана. Они вносят свой вклад в мировой климат. Кроме того, они оказывали решающее влияние на ход эволюции на протяжении миллиардов лет. Другими словами, они играют роль цементирующего вещества в биосфере.
Сильной стороной морских вирусов является их высокая способность к заражению. За одну секунду три триллиона морских вирусов находят своих носителей. Каждый день вирусы убивают около половины всех бактерий в Мировом океане. Их убийственная эффективность держит под контролем размножение их носителей, и люди в конечном итоге часто оказываются в выигрышном положении. Холера, например, вызывается передающимися с водой бактериями вибрионами (
Остановка вспышек холеры на самом деле один из самых незначительных эффектов, вызываемых воздействием морских вирусов. Количество убиваемых ими микробов настолько велико, что вирусы могут влиять на состояние атмосферы Земли. Это становится возможным из-за того, что микробы являются величайшими геоинженерами Земли. Водоросли и фотосинтезирующие бактерии вырабатывают примерно половину кислорода, которым мы дышим. Водоросли также выделяют газ диметилсульфид, который поднимается вверх и образует облака. Облака отражают поступающий на планету солнечный свет, охлаждая Землю. Микробы также поглощают огромное количество углекислого газа, задерживающего тепло в атмосфере. Некоторые микробы выпускают в атмосферу углекислый газ как продукт своей жизнедеятельности, нагревая нашу планету. Водоросли и фототрофные бактерии, с другой стороны, поглощают в процессе роста углекислый газ, охлаждая ее. Когда микробы в океане погибают, содержащийся в них углерод оседает на океанском дне. Миллионы лет этот «снег» из микробов может постепенно понижать температуру на планете. Более того, мертвая органика имеет свойство превращаться в камень. Белые скалы Дувра, например, состоят из известняковых панцирей одноклеточных кокколитофоридов.
Каждый день вирусы убивают триллионы этих геоинженеров. Когда ставшие их жертвой микробы погибают, их оболочка разрывается, и они выделяют миллиарды тонн углерода. Часть освободившегося углерода играет роль «оплодотворителя», стимулирующего рост других микробов, а другая часть оседает на дне океана. Молекулы внутри клетки клейкие, и когда вирус вспарывает оболочку носителя, освобождающиеся клейкие молекулы могут захватывать молекулы углерода и утягивать их на дно, вызывая подводную «метель».
Океанические вирусы поражают не только своим числом, но и своим разнообразием. Гены человека и гены акулы очень похожи — настолько похожи, что ученым удается найти аналог большинства генов человека в геноме акулы. Генетическое строение морских вирусов, с другой стороны, ни на что не похоже. Во время исследования вирусов в Северном Ледовитом океане, Мексиканском заливе, возле Бермудских островов и в Северной Атлантике ученые идентифицировали около 1 800 000 вирусных генов. Только 10% их генов имеют аналоги в геноме бактерий, животных, растений или даже других вирусов. Остальные 90% были совершенно неизвестны науке. В 200 литрах морской воды ученые обычно находят 5 000 генетически разнообразных вирусов. В килограмме морских отложений может быть до миллиона видов вирусов.
Одной из предпосылок существования такого разнообразия морских вирусов является обилие носителей. Каждый род вирусов должен приспосабливаться для того, чтобы проникнуть в организм носителя. Однако разнообразие может появиться и более мирным путем. Умеренные фаги постепенно проникают в ДНК своего носителя. Размножаясь, носители воспроизводят и ДНК вирусов. Пока ДНК умеренного фага остается невредимой, она имеет возможность вырваться из организма своего носителя во время его стрессового состояния. Но по мере смены поколений ДНК фага мутирует и теряет способность высвобождаться из генома носителя, становясь его неотъемлемой частью.
Воспроизводя вирусы, клетка-носитель может случайно добавить им собственных генов. Неся в себе гены бывших носителей, вирусы начинают вносить их вместе с собственными в ДНК новых носителей. По приблизительным расчетам вирусы переносят триллион триллионов генов от генома к геному ежегодно.
Иногда «позаимствованные» гены делают носителя вируса более приспособленным в процессе развития и размножения. Успешность носителя автоматически означает успешность вируса. В то время как одни вирусы убивают вибрионов, другие несут гены бактерий, выделяющих токсины, вызывающие диарею во время заражения холерой. Заражение несущими токсины вирусами может стать причиной новых вспышек холеры.
Благодаря заимствованию генов вирусы могут отвечать за выработку значительной части кислорода на Земле.
Распространенный вид океанических бактерий, синехококков, отвечает за четверть происходящего на Земле фотосинтеза. Изучая ДНК этих бактерий, ученые обнаружили, что их способность к фотосинтезу обусловлена позаимствованными у вирусов белками. Ученые нашли даже свободно живущие вирусы, обладающие фотосинтетическими генами, находящиеся в поисках новых носителей. Согласно примерным подсчетам, 10% всего фотосинтеза на Земле происходит благодаря генам вирусов. Вдохните десять раз, и один из этих вдохов будет пожалован нам вирусами.
Циркуляция генов оказала огромное воздействие на существование жизни на Земле. Жизнь, в конце концов, зародилась в океане. Старейшими следами существования вирусов на Земле являются окаменелости морских микробов, датируемые 3 500 000 000 годами до н. э. В океане около 2 миллиардов лет назад появились первые многоклеточные организмы. Наши далекие предки выползли на сушу только 400 тысяч лет назад. Вирусы не оставляют окаменелых останков, но они оставляют след в геноме своих носителей. Эти следы доказывают существование вирусов на протяжении миллиардов лет.
Ученые могут отслеживать историю генов, сравнивая геномы видов, произошедших в далеком прошлом от общего предка. Это сравнение может, например, выявить гены, переданные древним вирусом своему носителю. Ученые выяснили, что геномы всех живых организмов содержат сотни тысяч генов, переносимых вирусами. Как бы сильно ученые ни углублялись в историю жизни на Земле, они всегда обнаруживали переносимые гены. Хотя Дарвин и представлял себе историю жизни в виде дерева, история генов больше напоминает шумную торговую сеть, имеющую историю длиной в миллиарды лет.
Идея о том, что гены носителей могли зародиться в вирусах, кажется из-за своей странности почти философской. Мы привыкли считать свой геном основой нашей личности. Мы знаем, кто является нашими биологическими родителями, потому что они дали нам свою ДНК. В нашей ДНК содержится не только информация о цвете кожи или предрасположенности к диабету. В ней заложена вся наша природа. Вот почему идея о клонировании так противоречит нашей натуре — никто не должен пользоваться «подержанными» генами. Но если большинство генов попало в организм при посредничестве вирусов, то можно ли считать его таким уникальным? Или каждый из нас является всего лишь мешаниной генов, собранных вместе в процессе эволюции? Это все равно, что представить, будто мир наполнен монстрами-гибридами, а чистые линии давно размылись.
За многие десятилетия микробиологи уже привыкли замечать «следы» вирусов у многих исследуемых ими микробов. Пока микробы были единственными живыми организмами, гены которых, очевидно, были заимствованы у вирусов, мы могли закрывать глаза на этот факт, считая его всего лишь удачным стечением обстоятельств, характерным только для «низших» форм жизни. Однако теперь мы уже не можем успокаивать себя подобным образом. Если мы всмотримся в собственный геном, то обнаружим следы вирусов. Тысяч вирусов.
Нам нужно сказать спасибо рогатому кролику, так как именно он открыл нам глаза. Миф о рогатом кролике был одной из подсказок, которая привела вирусологов к осознанию того, что некоторые вирусы могут стать причиной возникновения рака. В 60-х годах прошлого столетия одним из наиболее пристально изучаемых вирусов, вызывающих рак, был птичий вирус лейкоза (
Птичий вирус лейкоза оказался очень странным ретровирусом. В то время ученые проверяли наличие вируса, обследуя кровь курицы на предмет белков вируса. Иногда они обнаруживали белки птичьего вируса лейкоза у совершенно здоровых птиц, которые никогда не заболевали раком. Что еще более странно, у птиц, несущих в себе вирусные белки, могли появляться здоровые цыплята, которые также обладали этими белками.
Робин Вайс, вирусолог, работавший в то время в Университете Вашингтона, задался вопросом, могло ли случиться так, что вирус стал неотъемлемой и при этом безопасной частью ДНК курицы. Он и его коллеги подвергали клетки здоровых кур воздействию химических веществ, вызывающих мутацию, и радиации, чтобы выяснить, можно ли таким образом высвободить вирусы из их укрытия. Как они и ожидали, мутировавшие клетки начали воспроизводить вирусы птичьего лейкоза. Другими словами, эти здоровые куры не просто несли вирусы в некоторых своих клетках; генетическая инструкция по производству вирусов была вживлена во все их клетки, а потом передана ими по наследству своим потомкам.
Эти скрытые вирусы не ограничивались одной отдельно взятой породой кур. Вайс и другие ученые обнаружили вирус птичьего лейкоза (ВПЛ) у многих пород, что увеличивало шансы на то, что вирус является древним компонентом птичьей ДНК. Чтобы выяснить, как давно ВПЛ инфицировал предков современных кур, Вайс вместе со своими коллегами отправился в джунгли Малайзии. Там они поймали банкивскую джунглевую курицу (
Из этого исследования родилась гипотеза о том, как ВПЛ слился воедино с курами. Тысячи лет назад вирус поражал предков современных домашних кур, вызывая опухоли. Но по меньшей мере с одной из птиц случилось что-то иное. Вместо того чтобы наградить птицу раком, вирус был подавлен иммунной системой птицы. Не причиняя ей вреда, вирус распространялся по ее организму, пока не достиг половых органов. Когда инфицированная птица спаривалась, ее яйца тоже несли в себе вирусную ДНК.
По мере того как инфицированный эмбрион рос, все его клетки при делении также приобретали ДНК вируса. Когда цыпленок вылуплялся, он был уже инфицирован. А так как ВПЛ теперь был частью его генома, то он передавал его и своим потомкам. Вирус оставался тихим пассажиром от поколения к поколению в течение тысяч лет. Но при определенных условиях вирус мог возобновить свою активность, вновь формировать опухоли и начать распространяться среди птиц. Ученые поняли, что этот новый вирус является единственным в своем классе. Они назвали его эндогенным ретровирусом; эндогенный — значит производимый внутри. Вскоре им удалось обнаружить эндогенные ретровирусы в геномах и млекопитающих. На самом деле вирусы населяют геном практически всех групп позвоночных — от рыб и рептилий до млекопитающих.
Некоторые из обнаруженных ретровирусов вызывают рак, но далеко не все. Некоторые, кажется, плотно взяты под контроль своими носителями. Определенные эндогенные ретровирусы, носителями которых являются мыши, не могут поражать клетки мышей, но с успехом распространяются среди крыс.
Другие эндогенные ретровирусы оказались неполноценными, подвергшись мутации, которая лишила их возможности переходить в обычную форму. Они все еще были способны копировать свой генетический материал, который вновь включался в геном носителя. Ученые также обнаружили вирусы, настолько измененные мутациями, что они неспособны делать вообще ничего. Все, что им осталось, — это служить балластом в геноме своего носителя.
Эндогенные ретровирусы могут «засиживаться» у своих хозяев на протяжении миллионов лет. В 2009 году Арис Кацуракис (
Обнаруживая эндогенные ретровирусы в других биологических видах, ученые не могли не поискать их в нашей ДНК. В конце концов, мы страдаем от многих заболеваний, вызываемых ретровирусами. Вирусологи предпринимали безуспешные попытки выделения ретровирусов из человеческих клеток. Однако во время сканирования человеческого генома им удалось обнаружить неопровержимые доказательства их присутствия в некоторых сегментах. Многие из сегментов, несущих в себе гены ретровирусов, напоминали сходные сегменты у обезьян, что наводило на мысли, что ретровирусы инфицировали наших предков тридцать миллионов лет назад, а может быть, и раньше. Но некоторые сегменты ДНК человека, несущие в себе напоминание о ретровирусах, не имеют аналогов у других видов. Возможно, что они образовались около миллиона лет назад путем внедрения ДНК ретровирусов в геном наших предков.
Чтобы проверить это, Тьерри Хайдман (
Хайдман вместе со своими коллегами сравнил различные варианты вирусоподобной последовательности генов. Они напоминали четыре копии творения Шекспира, каждая из которых была переписана не слишком усердным писарем. Каждый из них сделал свои ошибки в написании. В каждой копии могли содержаться неверно написанные варианты одного и того же слова — например «почету», «рочему», «печому», «чемупо». Сравнивая все четыре версии, историк может выявить, что исходным словом было «почему».
С помощью этого метода Хайдману удалось использовать мутировавшие последовательности генов, находящихся в геноме современных людей, чтобы определить, как выглядела изначальная версия ДНК ретровируса. Затем он синтезировал фрагмент ДНК согласно полученной генетической последовательности. Внедрив ее в человеческую клетку, Хайдману удалось попасть в стихотворный размер. Клетки, зараженные этим сконструированным вирусом, производили новые вирусы, способные находить себе носителей. Другими словами, оригинальная генетическая последовательность принадлежала живому и функциональному вирусу. В 2006 году Хайдман назвал его Феникс, в честь мифической птицы, возродившейся из пепла.
Ретровирусы представляют большую опасность для нашего здоровья, находясь в свободном состоянии, но даже являясь эндогенными, они остаются опасны. Мутации способны вернуть им возможность отделяться от вашей ДНК и формировать вирусы, вызывая новые эпидемии, и даже становиться причиной возникновения рака. Эндогенные ретровирусы, способные воспроизводить себя лишь в рамках нашей ДНК, также представляют опасность, так как они могут «включать» гены, которым следует находиться в выключенном состоянии, в самый неподходящий момент. Угроза ретровирусов настолько велика, что наши предки в процессе эволюции выработали механизмы, предназначенные исключительно для остановки их распространения.
Пол Биенац (
Белки, такие как АРОВЕСЗ, эффективно борются с ретровирусами, но не могут искоренить их полностью. За миллионы лет в нашем геноме накопилась масса генетического материала, оставшегося в наследство от мертвых ныне вирусов. В каждом из нас есть почти 100 тысяч фрагментов ДНК эндогенных ретровирусов, что составляет около 8% от общего числа генов. Чтобы представить себе их количество, нужно вспомнить, что все 20 тысяч генов, формирующих белки, из которых состоит весь наш организм, составляют лишь 1,2%. Ученые также нашли миллионы мелких фрагментов «прыгающей ДНК» в человеческом геноме. Вероятно, многие из этих фрагментов также принадлежат ДНК ретровирусов, разорванные на мельчайшие части многими мутациями и способные лишь к самокопированию.
Эндогенные ретровирусы могут быть опасными паразитами, но ученые нашли несколько приносящих нам пользу. Когда оплодотворенная яйцеклетка формирует плод, часть его клеток становятся плацентой, которая предназначена для передачи зародышу питательных веществ. Клетки внешнего слоя плаценты сплавляются воедино, разделяя ДНК и другие молекулы. Хайдман и другие исследователи обнаружили, что эндогенные ретровирусы человека играют в этом процессе решающую роль. Клетки верхнего слоя плаценты используют ген для формирования белковой оболочки, связывающей их вместе. В один из самых интимных моментов, когда новая жизнь начинается путем слияния двух других, вирусы обеспечивают наше выживание. Нет деления на нас и них — есть только всеобъемлющее непрекращающееся смешение генов.
Каждую неделю Центр по контролю и предотвращению заболеваний (США) выпускает брошюру, называемую «Еженедельный отчет о заболеваемости и смертности населения». Выпуск, пришедшийся на 4 июля 1981 года, был обыкновенным для такого издания чередованием обыденности и загадочности. Загадочным являлся отчет из Лос-Анджелеса, где врачи заметили странное совпадение. Между октябрем 1980-го и маем 1981-го пятеро мужчин поступили в больницы города с одним и тем же редким заболеванием, известным как пневмоцистоз.
Пневмоцистоз вызывается известным грибком
Они и не подозревали, что в отчете они опубликовали первые данные о начале величайшей эпидемии в современной истории. Пятеро мужчин из Лос-Анджелеса в самом деле страдали клеточноиммунной дисфункцией, как позже выяснилось, вызываемой вирусом, названным вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ). Вирус, по данным проведенных исследований, инфицировал людей на протяжении пятидесяти лет. В 80-х годах XX века он наконец проявил себя, и с этого момента им заразилось около 60 миллионов человек. Около половины впоследствии умерли.
Смертельная дань, собираемая ВИЧ, становится еще более пугающей, так как его не так уж просто получить. Вы не заразитесь ВИЧ, если инфицированный человек чихнет рядом с вами или пожмет вашу руку. ВИЧ передается через жидкости тела, такие как кровь и сперма. Вирус может передаваться во время незащищенного секса. Зараженные доноры могут инфицировать других людей при переливании крови. Инфицированные матери могут передать ВИЧ своим еще не родившимся детям. Люди, употребляющие героин и другие наркотики, могут заразиться ВИЧ, пользуясь одной иглой с его носителем.
Попав в организм человека, ВИЧ атакует саму иммунную систему. Он закрепляется на определенном типе иммунных клеток, называемых Т-хэлперами, и их мембраны начинают лопаться, как мыльная пена. Подобно другим ретровирусам, он вводит свой генетический материал в геном самой клетки. Гены и белки ВИЧ берут клетку под свой контроль, заставляя ее делиться, производя новые вирусы ВИЧ, которые впоследствии заражают другие клетки.
Вначале популяция ВИЧ в организме человека растет с угрожающей скоростью. Как только иммунная система распознает зараженные клетки, она начинает убивать их, сводя количество вирусов к минимуму. Для больного эта схватка имеет симптомы легкой простуды. Иммунная система уничтожает большую часть вирусов, но малому их количеству удается затаиться и выжить. Т-хэлперы, служащие им укрытием, продолжают расти и размножаться. Время от времени зараженный Т-хэлпер активизируется и выстреливает скопление вирусов, заражающих соседние клетки. Иммунная система отражает эти новые волны, но со временем у нее заканчивается ресурс, и она разрушается.
Нарушение иммунной системы может произойти через год или через двадцать. Но, независимо от того, сколько потребуется времени, исход будет один — организм становится не в силах защитить себя от инфекций, которые здоровый человек даже не заметил бы. В начале 1980-х в больницы начали обращаться толпы ВИЧ-инфицированных, больных странными болезнями, вроде пневмоцистоза.
Врачи обнаружили симптомы ВИЧ задолго до того, как узнали о существовании самого вируса, назвав заболевание синдромом приобретенного иммунодефицита, или СПИД. В 1983 году, через два года после первых зарегистрированных случаев заболевания СПИДом, французским ученым впервые удалось выделить ВИЧ из организма больного. Дальнейшие исследования подтвердили предположение о том, что именно ВИЧ является причиной СПИДа. В это же время были зарегистрированы случаи заболевания СПИДом как в США, так и в других странах мира. Другие великие эпидемии, такие как малярия и туберкулез, являются нашими старыми врагами, убивающими людей тысячи лет. ВИЧ же за несколько лет продвинулся от статуса никому не известного заболевания в 1980-х до глобальной чумы. В этом заключалась главная загадка для эпидемиологов.
Чтобы разгадать ее, ученые начали изучать гены ВИЧ, полученные от разных пациентов. Они исследовали больных не только из США, но и из других стран мира, где были зарегистрированы случаи заболевания. Они построили дерево эволюции, где каждый штамм ВИЧ соединялся со своим предком. Исследователям удалось выяснить, что существует не один ВИЧ, а два. Подавляющее большинство случаев заражения ВИЧ вызываются штаммом, названным ВИЧ-1, а все остальные отличной от него формой вируса ВИЧ-2. Два типа ВИЧ отличаются друг от друга по многим параметрам, включая их симптомы: воздействие ВИЧ-2 намного мягче, чем ВИЧ-1.
Как выяснили ученые, ВИЧ принадлежит к большой группе медленно развивающихся ретровирусов, называемых лентивирусами. Лентивирусы инфицируют многих млекопитающих: кошек, лошадей, коров и обезьян. В 1991 году Престон Маркс (
Гораздо труднее было выявить происхождение ВИЧ-1, являющегося причиной большинства случаев заболевания СПИДом. Это объясняется тем, что животных, которые являются носителями наиболее сходного по структуре с ВИЧ-1 вируса, гораздо труднее изучать. Эти животные — шимпанзе. Относительно немногие шимпанзе живут в неволе, а взятие крови на анализ у шимпанзе, живущих в диких условиях, чертовски сложная задача. Они легко возбудимые, очень сильные и не особо приветствуют людей с иглами. Ученым пришлось изобретать новые способы проверки шимпанзе на ВИЧ, в частности, поиск вирусов в их кале. Постепенно ученые собрали подборку лентивирусов, напоминающих ВИЧ-1 у шимпанзе. Сравнивая эти вирусы друг с другом, они обнаружили, что некоторые штаммы ВИЧ-1 ближе к вирусам шимпанзе, чем к другим штаммам ВИЧ-1. Структура древа вирусной эволюции позволяет предположить, что ВИЧ-1 эволюционировал из вирусов шимпанзе несколько раз.
Но когда произошел этот переход? Некоторые ученые надеялись найти ответ на данный вопрос, изучая дела больных, умерших при странных обстоятельствах до открытия ВИЧ. В 1988 году, например, исследователи обнаружили ВИЧ у норвежского моряка Арвида Ноэ (
Оказалось, что размножающиеся в организме человека вирусы могут дать ключ к происхождению ВИЧ. В 1990-х ученые из Национальной лаборатории Лос-Аламоса собрали базу данных генетического материала ВИЧ, полученного от тысяч пациентов. При помощи специального оборудования, они проанализировали собранный материал, что позволило им выявить мутации, которые претерпели вирусы с момента их происхождения от общего предка. Собрав воедино полученные результаты, ученые установили, что ВИЧ претерпевает мутации примерно через равные промежутки времени. Другими словами, изменения генетической последовательности вируса накапливаются как песчинки в нижней чаше песочных часов. Измерив высоту горки песка, можно узнать, сколько прошло времени. Было установлено, что общий предок ВИЧ-1 появился в 1933 году.
Эту оценку подтвердило выдающееся открытие, сделанное в Киншасе, столице Демократической Республики Конго, где в хранящихся в госпиталях тканях был обнаружен вирус. В 1988 году Дэвид Хо и его коллеги из Университета Рокфеллера сообщили о том, что ими был обнаружен ВИЧ, находящийся в образце крови, взятом у пациента в Киншасе в 1959 году.
В 2008 году Майкл Уоробей (
Молекулярные часы, созданные исследователями из Лос-Аламоса, обладали достаточной точностью, для того чтобы определить возраст вирусов из Киншасы, основываясь лишь на их генетической последовательности. Однако наличие двух различных вирусов дает представление о распространенности ВИЧ в Киншасе в 1960-х годах. Уоробей обнаружил, что старые вирусы не были родственны друг другу. Напротив, они были близки каждый своей разновидности существующего сегодня ВИЧ-1. Изучив дальнее родство этих двух вирусов, Уоробей заключил, что «предки» сегодняшнего ВИЧ-1 уже существовали в 1960-е. Более того, все они, скорее всего, циркулировали вокруг Киншасы.
Такие данные указывают на то, как зародился ВИЧ-1. Вирусы, подобные ВИЧ-1, циркулировали среди шимпанзе по всей Африке. Охотники, убивая шимпанзе ради мяса, время от времени заражались вирусом. Однако, живя в относительной изоляции, эти охотники были «тупиком» для распространения вирусов. В начале XX века у вирусов появилась более реальная возможность для распространения, когда в Центральной Африке стали появляться колониальные поселения с населением 10 тысяч человек и более. Речное сообщение позволило вирусам проникать в города из отдаленных лесных районов. Шимпанзе, являющиеся носителями предка ВИЧ-1, сейчас обитают на юго-востоке Камеруна. То, что реки, протекающие через эти районы, в конце концов достигают Киншасы, не может быть просто совпадением.
В растущем городе Киншаса (ранее известном как Леопольдвилль) ВИЧ-1 мог спокойно размножаться. Таким образом, вирус получил популяцию, внутри которой он мог бы размножаться и эволюционировать, приспосабливаясь к новым носителям. К 60-м годам ВИЧ-1 приобрел большое генетическое разнообразие.
Уоробей и его коллеги начали наносить на карту последующее распространение ВИЧ-1 из Киншасы по всему миру. Так, например, наиболее известный в США штамм ВИЧ-1 относится к подтипу В. Самые ранние разновидности ВИЧ-1 подтипа В были обнаружены на Гаити, и Уоробей предположил, что он произошел от африканского вируса в 1960-х годах. Это произошло тогда, когда многие люди вернулись на Гаити из Конго, после приобретения страной независимости от Бельгии. Вместе с ними пришел вирус. Иммигранты с Гаити или американские туристы могли принести вирус в США. Наиболее старые вирусы подтипа В были обнаружены в 1970-х. К тому моменту прошло только 40 лет с момента приобретения этого вируса человеком и пройдет еще 10 до момента поступления в больницы Лос-Анджелеса пятерых мужчин со странной формой пневмонии.
К моменту обнаружения врачами в 1983 году вирус уже стал глобальной катастрофой. В результате он намного опережал любые попытки врачей замедлить его распространение. До начала 1990-х все попытки замедлить распространение эпидемии не давали видимых результатов.
Хорошо себя зарекомендовало изменение образа жизни людей. Правительство Уганды запустило масштабную кампанию против ВИЧ, включавшую в себя пропаганду использования презервативов и улучшение качества личной гигиены. В результате в стране количество инфицированных уменьшилось с 15% в начале 1990-х до 5% в 2001 году. К несчастью, спонсирование этой программы прекратилось через несколько лет, и количество больных опять стало увеличиваться.
Другие ученые пошли по пути исследования препаратов, способных замедлить развитие болезни, сохраняя иммунную систему в состоянии, в котором та не способна допустить развития СПИДа. Сегодня миллионы людей принимают лекарства, мешающие ВИЧ заражать клетки иммунной системы и размножаться. В обеспеченных странах эти препараты позволяют людям вести относительно здоровый образ жизни. Стоимость лекарств такова, что большинство ВИЧ-инфицированных, живущих в беднейших странах, не могут позволить себе купить лекарство, способное продлить их жизнь на десять лет и даже больше. Однако мы можем наблюдать позитивные сдвиги, так как на сегодняшний день правительства развитых стран и неправительственные организации поставляют медикаменты в наиболее нуждающиеся страны, и количество таких программ помощи растет с каждым годом.
Но такие лекарства не являются панацеей, хотя и способны продлить жизнь. У них имеются побочные эффекты, проявляющиеся после нескольких лет терапии, и они подстегивают появление невосприимчивых вирусов, что требует перевода пациента на лечение другими препаратами. Теоретически лучшим решением проблемы стала бы вакцина, которая не позволила бы вирусам закрепляться в нашей иммунной системе или которая заставила бы нашу иммунную систему уничтожать их более эффективно. Вакцинация была бы менее затратной, чем Медикаментозное лечение, и могла бы замедлить распространение ВИЧ. Однако все старания, направленные на разработку подобной вакцины, пока оканчиваются ничем. В 2008 году, например, испытания вакцины, разработанной Мерком, пришлось свернуть, так как было установлено, что она увеличивает шансы человека заразиться, а не уменьшает их.
Нам не следует полагаться на какую-либо вакцину, даже если она показывает положительные результаты во время своего испытания. Это связано с тем, что ВИЧ эволюционирует гораздо быстрее. ВИЧ принадлежит к особой группе вирусов, включающей в себя также и грипп. Вирусы этой группы неточно воспроизводят свой генетический материал. Они очень сильно мутируют в короткие сроки. Эти мутации дают широкий простор для естественного отбора, и в результате появляются все более приспособленные вирусы. Даже в организме отдельно взятого носителя естественный отбор может улучшить способность вируса оставаться незамеченным нашей иммунной системой.
В 2008 году Филип Гоулдер (
Существует возможность того, что разработчики вакцины смогут обезопасить нас, постоянно совершенствуя вакцину, так, чтобы она всегда была на шаг впереди вируса. Другой заманчивой возможностью является взгляд в прошлое. Группа американских ученых сравнили широкий спектр вирусов подтипа В и реконструировали белок, производившийся их общим предком. Затем они создали вакцину на основе этого древнего белка. Такая вакцина была испытана на обезьянах, которые стали более устойчивы к большему числу штаммов ВИЧ, чем при испытаниях любой другой вакцины. Будущее борьбы с ВИЧ, таким образом, может лежать в прошлом.
Летом 1999 года Трэйси Макнамара (
Однажды ее опасения подтвердились: в зоопарке погибли сразу три фламинго. То же случилось с фазаном, орланом и большим бакланом. Осмотрев трупы птиц, Макнамара установила, что причиной смерти стало кровоизлияние в мозг. Симптомы указывали на то, что они были убиты одним и тем же патогеном. Так как Макнамаре не удалось установить, какой именно патоген был виноват в смерти птиц, она отправила образцы их тканей в государственную лабораторию. Ученые проводили серии тестов, чтобы выявить возбудителя инфекции, но все они давали отрицательные результаты.
В то же время врачи из Куинса регистрировали вызывающее опасение число случаев заболевания энцефалитом — воспалением мозга. Во всем Нью-Йорке в год обычно регистрировался один такой случай, но в августе 1999 года за несколько дней поступило 8 больных с таким диагнозом. К исходу лета появилось еще больше заболевших. У некоторых жар был настолько сильным, что вызывал паралич, а к сентябрю девять заразившихся умерли. Вначале тесты указывали на вирусное заболевание энцефалит Сент-Луис, но позднейшие тесты не подтвердили этот диагноз.
Пока врачи старались раскрыть причину заболевания людей, Макнамаре удалось разгадать собственную загадку. Национальная лаборатория ветеринарии в Айове смогла возродить вирус из тканей мертвых птиц. Вирус напоминал энцефалит Сент-Луис. Макнамара задалась вопросом, могли ли люди и птицы страдать от одного и того же вируса. Она убедила центры по контролю и предотвращению заболеваний проанализировать генетический материал, содержавшийся в вирусе. 22 сентября исследователи с удивлением обнаружили, что причиной гибели птиц стал не энцефалит Сент-Луис. Виновником был вирус, названный вирусом Западного Нила (ВЗН), паразитирующий на птицах и людях в районах Азии, Европы и Африки. Никто не мог и предположить, что птицы в зоопарке Бронкса погибли от этого вируса, так как ранее он никогда не появлялся в Западном полушарии.
Работники системы здравоохранения, озадаченные заболеванием людей, решили расширить круг своих поисков. Две команды, одна из Центра по контролю и предотвращению заболеваний (ЦКЗ), а другая под началом Иана Липкина из Университета Калифорнии, одновременно начали изолировать генетический материал вирусов человека. Вирус был тот же, что убивал птиц, — ВЗН. И вновь это оказалось полной неожиданностью для исследователей. Ни один человек на Американском континенте еще никогда не был им заражен.
В США циркулирует огромное количество вирусов. Некоторые имеют долгую историю, другие появились относительно недавно. Когда первые европейцы попали в Западное полушарие, они принесли с собой множество вирусов. Вирус папилломы человека, например, несет в себе следы своей миграции. Штаммы ВПЧ коренных американцев имеют гораздо больше общих черт друг с другом, чем с другими штаммами данного вируса. Наиболее близким к американскому штамму является штамм ВПЧ, распространенный в Азии, подобно тому, как коренные американцы родственны именно азиатам.
Открытие Нового Света Колумбом породило новую волну миграции вирусов. Европейцы принесли с собой вирусы гриппа и оспы, выкосившие большую часть коренного населения Америки.
Шли века, на территорию Нового Света проникало все больше вирусов. ВИЧ проник в США в 1970-х, а в конце XX века новым иммигрантом стал вирус Западного Нила.
Прошло всего 60 лет с момента обнаружения ВЗН. В 1937 году в западной области Уганды в больницу попала женщина, в крови которой врачи и обнаружили этот вирус. За несколько десятилетий ученые нашли ВЗН и у других людей на Ближнем Востоке, в Азии и Австралии. Однако ВЗН в своем выживании полагается не только на людей. Ученые обнаружили вирус у многих видов птиц, паразитируя на которых, он способен размножаться намного быстрее.
Вначале было неясно, как вирус передавался от человека к человеку, от птицы к птице и от птицы к человеку. Загадка была решена, когда вирус обнаружили еще у одного вида живых существ — москитов. Когда инфицированный москит кусает птицу, его напоминающий шприц нос проникает в кожу животного. Когда комар пьет кровь, он впрыскивает в рану свою слюну. А вместе со слюной в организм птицы проникает и ВЗН.
Вирус атакует клетки кожи птицы, а также клетки ее иммунной системы, которая должна защищать организм от подобных вторжений. Зараженные иммунные клетки проникают в лимфоузлы, где их «пассажиры» сходят и заражают еще больше клеток иммунной системы. По кровеносной системе вирус попадает в другие органы, такие как почки и селезенка. Всего через несколько дней после укуса количество вирусов достигает нескольких миллиардов. Несмотря на свое огромное количество, самостоятельно ВЗН покинуть организм птицы не способен. Ему нужен переносчик. Когда москит кусает зараженную птицу, он забирает у нее немного крови вместе с содержащимся в ней вирусом. Попав в организм москита, вирус проникает в его среднюю кишку. Оттуда он просачивается в слюнные железы и готов к транспортировке к своей следующей жертве.
Трансмиссивным вирусам, таким как ВЗН, нужно быть универсальными для совершения своего жизненного цикла. Москиты и птицы имеют абсолютно различные температуру тела, иммунные системы и анатомию. Тем не менее, ВЗН, чтобы выжить, приходится приспосабливаться к таким разным средам обитания. Трансмиссивные вирусы также задают трудную задачу медикам, которые стараются замедлить его распространение. Людям не нужно вступать в близкий контакт с инфицированными людьми, чтобы заразиться. Москиты дают вирусам крылья.
Исследования ДНК ВЗН показывают, что он зародился в Африке. По мере своей миграции на другие континенты африканские птицы принесли их обитателям новый вирус. Одновременно вирус перекинулся и на людей. В Восточной Европе разразились эпидемии, характеризующиеся тем, что они вызывали у людей одну из разновидностей энцефалита, В 1996 году в Румынии эпидемия затронула 19 тысяч человек и унесла жизни 17 из них. Эти эпидемии, от Европы до Запада, могли быть результатом неподготовленности людей к ВЗН. В Африке, напротив, многие вырабатывали иммунитет, переболев в детстве.
Удивительно, что в Новом Свете вирус так долго оставался незамеченным. Потока людей, путешествовавших через Атлантический и Тихий океаны, было явно недостаточно для переноса вируса в Америку. Исследователи не могут сказать, как именно вирус в 1999 году попал в Нью-Йорк, но на этот счет существуют догадки. Штаммы ВЗН, характерные для Западного полушария, родственны вирусам, вызвавшим эпидемии среди птиц в Израиле в 1998 году. Возможно, что браконьеры привезли зараженных птиц в Нью-Йорк.
Сама по себе зараженная птица неспособна вызвать эпидемию в масштабах целой страны. Вирусам требовался переносчик. По «счастливой» случайности ВЗН смог «подружиться» с 62 видами москитов, живущими в США. Птицы тоже зарекомендовали себя подходящими носителями. Всего по оценкам ученых на территории США носителями ВЗН являются 150 видов птиц. А такие как дрозд, североамериканская голубая сойка и зяблик, являлись особенно комфортными вирусными инкубаторами.
Перемещаясь от птицы к москиту, а затем к другой птице, всего за 4 года вирус охватил всю территорию США. Одновременно наблюдались случаи заболевания и у людей. Около 85% зараженных людей не демонстрировали абсолютно никаких симптомов. У других 15% появлялись жар, сыпь и головная боль, примерно половина из них были вынуждены обратиться в больницу, где они в среднем проводили около 5 дней. У примерно 1 из 150 людей развивался энцефалит. С 1999 по 2008 год врачи зарегистрировали в США 28 961 случай заболевания ВЗН, из которых 1 131 закончился летальным исходом.
Попав в США, ВЗН начал свой привычный, выверенный эволюцией цикл, передаваясь от птицы к птице через укус москита. Весной у дроздов и других птиц появляется потомство, которое становится мишенью для москитов-переносчиков. К моменту наступления лета большая часть популяции птиц является носителями ВЗН. Это увеличивает шанс того, что укусивший птицу москит станет переносчиком. В это время года происходит значительное заражение людей. Когда же температура воздуха падает, москиты гибнут, и вирус перестает распространяться. До сих пор остается неясным, как вирус переживает североамериканские зимы. Возможно, он сохраняется в популяциях москитов, обитающих в южных районах, где зимы не настолько суровы. По другой версии, москиты передают вирус своим яйцам. Когда следующей весной инфицированные яйца дают жизнь новому поколению москитов, те уже способны инфицировать птиц.
ВЗН смог настолько хорошо приспособиться к экологии США, что его истребление не представляется возможным. К несчастью, врачи не могут предложить населению ни вакцины против вируса, ни препаратов для лечения самой болезни. Если случится, что вы заразитесь, остается только надеяться на то, что вы окажетесь среди тех, кто переболеет и поправится. В будущем ВЗН может стать еще более приспособленным к новой среде обитания. Джонатан Совероу (
К несчастью, в будущем нам стоит ожидать еще больше периодов с подобной погодой. Углекислый газ и другие парниковые газы повышают среднюю температуру воздуха, и метеорологи предсказывают, что несколько следующих десятилетий она будет продолжать расти. Теперь, когда вирус нашел свой новый дом, люди делают все, чтобы ему было комфортней.
Из тропического леса появляется охотник. В одной руке он держит карабин, в другой — труп обезьяны. Он заходит в деревню где-то на юго-востоке Камеруна. Подобная сцена повторяется каждый день во многих деревнях, и не только в Африке. Охотники добывают дичь, чтобы принести ее домой и накормить свою семью или просто на продажу. Но сегодня все заканчивается по-иному. Охотник отдает обезьяну своей жене, чтобы она ее разделала. Разделывая обезьяну, женщина останавливается и держит отделенную ногу над листком бумаги с прочерченными на нем пятью кругами. Капли крови заполняют один круг за другим. Затем жена охотника кладет листок бумаги в запечатывающийся пакет и передает его команде ученых, нанесших ей визит. Ученые Международной организации по прогнозированию вирусных заболеваний (
Международная организация по прогнозированию вирусных заболеваний пытается найти новые способы борьбы с вирусами. Когда-то где-то какой-то вирус грозит стать новой крупнейшей угрозой для человечества. Мы уже видели такое много раз и знаем, что это произойдет снова. Ученые из МОПВЗ считают, что борьба с новым вирусом будет успешнее, если мы будем знать что-либо о нем заранее. Чтобы на стороне вирусов не было фактора внезапности, ученые из МОПВЗ ищут вирусы, способные перекинуться на людей.
Лучшим объектом для поисков таких вирусов являются животные, такие как обитающие на территории Камеруна обезьяны, которых охотники убивают ради еды.
Угроза появления новых вирусов вдохновила Голливуд на создание целого ряда ярких фильмов. В фильме «Штамм “Андромеда”», вышедшем в 1971 году, на Землю падает спутник с инопланетным вирусом, который грозит уничтожить человечество. В вышедшем в 1995 году фильме «Эпидемия» привезенная из Африки обезьянка заражает смертельным вирусом целый город в Калифорнии, который армия решает разбомбить, чтобы не дать вирусу распространяться по стране. В фильме «28 дней спустя», вышедшем на экраны в 2002 году, эпидемия вируса охватывает Лондон, превращая его жителей в кровожадных маньяков.
Реальность же не похожа на фантазии режиссеров. За все время существования человека были вирусы, которые совершали эволюционный скачок от животных к человеку. Только за последние сто лет таких вирусов было несколько дюжин. Ученые заметили, что вирусы используют одни и те же пути, попадая к человеку. Похоже, в будущем эти пути останутся прежними.
Многие человеческие вирусы произошли от вирусов, адаптированных к существованию в организмах животных. Например, ВИЧ произошел от вируса шимпанзе, известного как вирус иммунодефицита обезьяны, подтипа cpz. Веками вирус передавался от одной особи шимпанзе к другой, подтачивая их иммунную систему.
В начале XX века некоторые штаммы передались людям, дав начало ВИЧ.
Наиболее близкие ВИЧ штаммы ВИО ученые обнаружили в лесах Камеруна. Скорее всего, что именно здесь и был совершен переход вируса к человеку. Как ВИЧ, так и ВИО, передаются через кровь. ВИО, скорее всего, передался охотникам на обезьян, употреблявшим их в пищу. Зараженная кровь разделываемых обезьян могла попасть в порезы на теле и руках охотника, таким образом, открывая перед вирусом новые горизонты.
Когда вирусы животных вступают в контакт с людьми, они используют их как «временных хозяев». Приспособленный к жизни в организме животного, вирус не может размножаться в организме человека достаточно быстро и не передается между людьми.
Когда ВИО начал инфицировать охотников, для пополнения своих рядов ему все еще требовались шимпанзе. Однако вирусы постоянно мутируют, и у ВИО постепенно выработались качества, дающие ему возможность размножаться в организме человека и передаваться между людьми.
Вначале новые для людей вирусы вызывают эпидемии локального масштаба, так как им еще трудно перемещаться от одного человека к другому. Очередная эпидемия сходит на нет, но вирус продолжает обитать где-то в человеческой популяции. Когда вирус проводит в организме человека больше времени, естественный отбор вырабатывает у него мутации, лучше приспосабливающие его к нашему организму. Эпидемии приобретают больший масштаб и длятся дольше, чем раньше. Так, например, ВИЧ развивался в условиях расширения африканских колоний и прокладки сети дорог, связывавших населенные пункты, и позволяющих вирусу циркулировать. По мере приспособления к человеческому организму ВИЧ утратил способность инфицировать шимпанзе.
Никто не мог отследить развитие ВИЧ во время его адаптации. Только в начале 1980-х ученым удалось выявить вирус и сделать вывод, что именно он является причиной СПИДа. К тому времени ВИЧ уже укрепился в человеческом организме и стал одним из самых опасных вирусов в человеческой истории. Нам же остается лишь предполагать, насколько проще было бы бороться с вирусом, когда им были заражены лишь несколько сотен деревенских жителей Камеруна.
В последние годы ученым удается обнаруживать новые для человека вирусы гораздо быстрее. Так, в ноябре 2002 года китайский фермер поступил в больницу с сильнейшим жаром и вскоре скончался. У людей, проживающих в том же регионе, появлялись схожие симптомы, но ситуация не получала огласки, пока у американского бизнесмена не поднялась высокая температура во время его полета из Китая в Сингапур. Рейс был прерван в Ханое, где бизнесмен и умер. Вскоре люди начали умирать во многих странах мира, хотя большинство случаев приходилось на Китай. Около 10% заразившихся умерли за несколько дней. Первоначальные диагнозы врачей, что причиной была простуда, пневмония или любая другая известная болезнь, не подтвердились. Болезнь получила название «тяжелый острый респираторный синдром», или «атипичная пневмония».
Ученые начали исследовать анализы больных на предмет возбудителя болезни. Малик Перис (
Основываясь на опыте, полученном при работе с ВИЧ, ученые предположили, что вирус передался человеку от животных. Они начали изучать вирусы животных, с которыми жители Китая имеют постоянный контакт. По мере обнаружения новых вирусов они дополняли генеалогическое древо атипичной пневмонии. Через нескольких месяцев исследователям удалось проследить эволюцию атипичной пневмонии.
Вирус зародился в летучих мышах, населяющих Китай. Затем свою разновидность вируса приобрели виверры, млекопитающие семейства кошачьих. Виверр нередко можно встретить на птичьих рынках Китая. Этот факт повышает шансы того, что вирус попал к людям именно от них. Позднее у вируса развилась способность передаваться между людьми. Атипичная пневмония на момент ее обнаружения была еще молодым вирусом, и оперативность принятия мер по борьбе с ней позволила избежать серьезных эпидемий. Заболевшие люди были помещены в карантин, а продажу виверр на рынках запретили. Несмотря на то, что атипичная пневмония успела распространиться по всему миру, было установлено только 8 тысяч заразившихся и 900 погибших, прежде чем с вирусом было покончено.
Можно ожидать появления новых угрожающих человеку вирусов, и, скорее всего, темпы их развития будут куда быстрее. Животные в отдаленных уголках планеты веками вынашивали экзотические вирусы, и до недавнего времени люди не имели с ними непосредственного контакта. Сегодня же люди вторгаются на эти территории, чтобы добывать древесину, выкапывать шахты и возводить фермы. Например, вирус Нипах вызывает опасное воспаление мозга у жителей Юго-Восточной Азии. Раньше вирус использовал как носителя летучих мышей, обитавших в джунглях, вдали от людских поселений. Теперь у летучих мышей, как и у вирусов, больше нет джунглей, где они могли бы жить.
Нет причин полагать, что один из этих вирусов сможет истребить все человечество. Такие представления могут возникнуть только у людей, смотревших фильм «Штамм Андромеда», но исследователи, изучающие вирусы в реальном мире, считают по-другому.
Эбола, например, — ужасный вирус, вызывающий у людей кровотечение из всех имеющихся на теле отверстий, и даже из глаз, вследствие чего почти все заболевшие погибают. Тем не менее, вспышки Эболы обычно непродолжительны и успевают затронуть лишь несколько десятков человек. Вирус настолько поднаторел в заражении людей, что убивает своих носителей, прежде чем они успевают заразить кого-то. Как только вспышка Эболы сходит на нет, люди надолго забывают о вирусе.
Вирусы, подобные Эболе, могут быть довольно пугающими, но они представляют меньшую опасность, чем вирусы с меньшим процентом летальных исходов, которые способны получать гораздо большее распространение. Во время эпидемии гриппа 1918 года погибла очень незначительная часть заразившихся. Но из-за того, что гриппом заболел каждый третий человек на Земле, эта «незначительная» часть составила около 50 миллионов человек. ВИЧ медленно и незаметно расползался по планете до момента своего обнаружения. Вместо того, чтобы вызывать ужасные симптомы, как вирус Эбола, ВИЧ незаметно разрушает иммунную систему человека изнутри в течение многих лет.
Неизвестно, какой именно вирус вызовет следующую эпидемию, так как мы еще довольно плохо изучили мир вирусов. Ученые из МОПВЗ обнаружили у африканских обезьян множество новых вирусов. Анализы, взятые у охотников, выявили наличие у них тех же вирусов. К счастью, эти вирусы пока не способны передаваться от человека к человеку. Но это не значит, что мы можем их игнорировать. Наоборот, они являются первостепенной задачей для врачей, не желающих дать им шанс начать полномасштабное наступление на наш вид.
В чем мы, люди, хороши, так это в создании новых вирусов случайным образом, будь то вирус гриппа, выведенный на свиной ферме, или же ВИЧ, развившийся из вирусов забитых шимпанзе. А вот в чем мы не настолько преуспели, так это в избавлении от них. Несмотря на наличие различных вакцин, антивирусных препаратов, стратегий общественного здоровья, вирусам до сих пор удается уйти от их уничтожения.
Лучшее, что мы можем сделать, — это снизить ущерб, наносимый вирусами. К примеру, количество заболеваний ВИЧ-инфекцией в США снизилось, но все еще ежегодно 50 тысяч американцев заболевают этим вирусом.
Программы по вакцинации уже устранили некоторые из вирусов в различных странах, но они все еще могут распространяться в других частях мира. Фактически современная медицина смогла избавиться только от одного вида человеческого вируса, созданного природой.
Речь идет о вирусе, вызывающем оспу. За последние 3 тысячи лет оспа, вполне возможно, унесла больше жизней людей, чем любая другая болезнь на Земле. Благодаря ясности и отчетливости симптомов оспы древние врачи были хорошо осведомлены о ней. Человек заболевал после того, как вирус попадал ему в дыхательные пути. По истечении недели или около того появлялись озноб, лихорадка и мучительные боли. Жар отступал после нескольких дней, но сам вирус не собирался уходить. В полости рта появлялись язвы, затем на лице, а после и по всему телу. Эти язвы, заполненные гноем, причиняли острую боль. Около трети людей, заразившихся оспой, в конечном счете умирали. У выживших навсегда оставались глубокие рубцы в местах бывших язв.
Свой первый след в истории человечества оспа оставила около трех с половиной тысяч лет назад: это были три мумии Древнего Египта, покрытые пустулами. Многие из древнейших очагов цивилизации в Старом Свете, от Китая до Индии к Древней Греции, ощутили на себе гнев этого вируса. В 430 г. до н. э. эпидемия оспы прокатилась по Афинам, убив четверть афинской армии и значительную часть населения города. В Средневековье крестоносцы, возвращавшиеся со Среднего Востока, принесли оспу в Европу. С каждым разом вирус, появлявшийся среди беззащитного населения, оказывал опустошительное воздействие. Впервые оспа появилась в Исландии в 1241 году, где из 70-тысячного населения она вскоре убила 20 тысяч жителей острова. С ростом городов, обеспечивающих высокую плотность потенциальных носителей оспы, она значительно упрочила себя в Старом Свете.
В период между 1400 и 1800 годами только в одной Европе оспа убивала около пятисот миллионов человек в каждом веке. Ее жертвами стали правители: российский царь Петр II, королева Англии Мария II, император Австрии Иосиф I.
Впервые коренные американцы подверглись этому вирусу по прибытии Колумба в Новый Свет. Европейцы невольно принесли с собой биологическое оружие, давшее захватчикам ужасающее преимущество над их противником. Не имея какого-либо иммунитета к оспе, коренные американцы умирали в большом количестве, подвергаясь заражению. В ближайшие десятилетия после прибытия испанских конкистадоров вначале 1500-го в Центральной Америке, как полагают, от оспы умерло более 90% коренного населения.
Первый эффективный способ противодействия распространению оспы, вероятно, появился в Китае приблизительно в 900 году н. э. Врач взял соскоб из оспенной язвы зараженного и внес его в небольшой разрез на коже здорового человека (иногда вместо этого соскреб высушивали и вдыхали в виде порошка). Вариоляция, так стали называть эту процедуру, обычно приводила к появлению только одной пустулы на прививаемой руке. После того как пустула покрывалась коркой, привитый человек становился невосприимчивым к оспе.
В этом заключалась идея прививки. Довольно часто вариоляция приводила к появлению большего количества пустул, а в 2% случаев люди умирали. Но несмотря на это двухпроцентный риск был гораздо более привлекательным по сравнению с 30-процентной смертностью от натуральной оспы. Вариоляция распространилась по всей Азии, продвигаясь на запад по торговым маршрутам вплоть до Константинополя в 1600 году. Когда новость об успешном оспопрививании прокатилась по Европе, врачи также начали практиковать этот способ.
Эта практика вызвала бурю религиозных протестов, утверждавших, что только Господь может решать, кто выживет от страшной оспы. Для того чтобы избавиться от подобных сомнений, врачи организовали публичные эксперименты. В 1721 году бостонский врач Забдиэль Бойлстон публично привил сотни людей во время эпидемии оспы; люди, которым сделали прививку, в большинстве своем выжили, в отличие от тех, кто не стал частью этого опыта.
Никто в то время не знал, как именно работала вариоляция, так как не было известно ни о существовании вирусов, ни о том, как с ними борется наша иммунная система. Лечение оспы проходило, в основном, методом проб и ошибок. В конце XVIII века британский врач Эдвард Дженнер разработал новую вакцину от оспы. Он руководствовался дошедшими до него рассказами о том, что доярки никогда не болеют оспой. У коров иногда наблюдаются симптомы коровьей оспы, очень похожие на симптомы людей, поэтому Дженнер предположил, что это может послужить защитой. Он взял образец гноя из руки доярки и сделал им прививку мальчику. У мальчика развилось несколько пустул, но остальные симптомы отсутствовали. Шесть недель спустя Дженнер сделал мальчику вариоляцию, т. е. подверг его заражению натуральной, а не коровьей оспой. У мальчика вообще не появилось пустул. В 1798 году Дженнер выпустил буклет, в котором описывал этот новый вид предотвращения оспы. Он назвал его «вакцинацией», в честь латинского названия коровьей оспы
По мере распространения вакцин врачи старались справиться со все возрастающим спросом на них. Вначале они собирали струпья с рук вакцинированных, чтобы использовать их для вакцинации других людей. Но так как коровья оспа встречалась в основном в Европе, то люди в других частях света просто не могли самостоятельно заразиться ей.
В 1803 году король Карлос Испанский принял радикальное решение — провести вакцинацию в Америке и Азии. На борт корабля в Испании было посажено 20 сирот. Перед отправлением корабля в плавание один из них был вакцинирован. В течение нескольких следующих дней у него развились сначала пустулы, а затем и струпья. Эти струпья были использованы для вакцинации другого сироты, и так далее, став началом цепочки вакцинаций. Останавливаясь в каждом порту, испанцы проводили вакцинацию местного населения.
Врачи на протяжении всего XIX века бились над изобретением более простого способа доставки вакцины против оспы. Некоторые превращали телят в настоящие фабрики по производству вакцины, раз за разом заражая их коровьей оспой. Некоторые пытались сохранить струпья в различных жидкостях, таких как глицерин. Так продолжалось до тех пор, пока не была установлена природа вирусов и не стало возможным производить вакцину в промышленных масштабах и транспортировать ее по всему миру.
С распространением вакцин оспа стала терять свою власть над человечеством. В начале XX века в одной стране за другой заявляли о победе над оспой. К 1959 году оспа была побеждена в Европе, СССР и Северной Америке. Она оставалась чумой для жарких стран, в которых не было нормальной системы здравоохранения. Оспа была отброшена так далеко назад, что некоторые сотрудники международных организаций начали стремиться к амбициозной цели по уничтожению всех вирусов оспы на планете.
Сторонники искоренения оспы связывают свои надежды с биологическим строением вируса. Оспой могут заразиться только люди, но не животные. Если удастся систематизированно искоренить ее в человеческой среде, то можно не опасаться того, что она затаится в популяции свиней или уток, поджидая возможности нанести ответный удар. Более того, оспа имеет очевидные симптомы. В отличие от ВИЧ, который может никак себя не проявлять годами, оспа заявляет о своем присутствии через несколько дней. Работникам системы здравоохранения остается только отслеживать вспышки оспы и принимать меры по их подавлению.
Тем не менее, идея искоренения оспы имеет множество скептиков. Даже если все пойдет по плану, потребуются годы и труд тысяч квалифицированных работников по всему миру, в том числе в множестве отдаленных и опасных мест. Люди в прошлом уже пытались окончательно справиться с другими болезнями, такими как малярия, и потерпели неудачу.
Скептики так или иначе проиграли свой спор, когда в 1965 году Всемирная Организация Здравоохранения запустила Интенсифицированную программу искоренения оспы. Эта попытка искоренения оспы во многом отличалась от предыдущих кампаний. Она полагалась на зубчатую иглу, которая могла впрыскивать вакцину эффективнее, чем игла обычного шприца.
Врачами также были разработаны новые способы организации процесса вакцинации. Вакцинация целых стран находилась за пределами возможностей проекта. Вместо этого эксперты обнаруживали вспышки оспы и принимали незамедлительные меры по их подавлению. Они помещали под карантин заболевших и население окрестных деревень и городов. Может, оспа и способна распространяться со скоростью лесного пожара, но недалек тот день, когда этот пожар наткнется на противопожарный заслон вакцинации и потухнет.
Каждая вспышка оспы незамедлительно подавлялась, пока последняя не закончилась в 1977 году в Эфиопии. Мир наконец-таки обрел свободу от оспы.
Несмотря на успешность кампании по искоренению оспы, вирус не исчез совсем. Ученые сохранили колонии вирусов в лабораториях для изучения. ВОЗ собрала все имеющиеся образцы в двух патентованных лабораториях, одна из которых находится в Новосибирске, а другая в Джорджии, штат Атланта. Исследователи оспы все еще могут изучать имеющиеся образцы, но только под пристальным контролем работников этих лабораторий. Большинство экспертов сходятся во мнении, что пройдет время и эти две последние колонии вирусов оспы будут уничтожены, вирус окончательно можно будет считать исчезнувшим.
Как бы то ни было, оказывается, что в мире все еще могут существовать вирусы оспы. Беженцы из СССР рассказывали, что у советского правительства были лаборатории, производившие боевую разновидность вируса оспы, которые предназначались для создания биологического оружия. После падения Советского Союза эти лаборатории были заброшены, однако никто не знает, что произошло с содержавшимися в них вирусами. Нам остается только предполагать, куда и к кому могли попасть вирусы.
Когда открылись эти факты, некоторые ученые и чиновники высказались в пользу сохранения вирусов оспы в исследовательских целях. Ученые будут изучать их для предотвращения биологической войны. Остается еще многое, чего ученые не знают об оспе. Недавно они начали углубляться в изучение механизмов, помогающих оспе бороться с нашей иммунной системой. Они обнаружили, что у оспы в распоряжении целый арсенал приемов. Белки оспы способны блокировать сигнал, передающийся от одной клетки иммунной системы к другой, давая вирусу время на проведение атаки. Ученым остается выяснить, что делает оспу такой смертоносной. Некоторые исследователи утверждают, что оспа заставляет иммунную систему сражаться с организмом жертвы, а не с самим вирусом. Однако эту гипотезу еще предстоит подтвердить. Решение таких загадок может привести к появлению более эффективной вакцины против оспы или даже лекарств против оспы и других болезней, так же опасных для людей.
В 2010 году в ВОЗ продолжились споры о том, стоит ли уничтожить последние имеющиеся запасы оспы в России и США. Но теперь эта дискуссия приняла такой оборот, который не могли даже представить себе борцы с оспой прошлых лет. Сегодня ученые полностью расшифровали генов вируса. И у них есть технологии, позволяющие с нуля синтезировать вирус оспы. Созданные искусственно вирусы больше не являются чем-то из области научной фантастики. Ученые уже воссоздавали генетический материал других вирусов, таких как полиомелит и унесший множество жизней в 1918 году грипп, использовав его для создания жизнеспособных вирусов.
У нас нет доказательств того, что кто-то хочет воскресить подобным образом и оспу, но нет и доказательств того, что это будет невозможно, если кто-то попытается. После 3 500 лет загадок и борьбы с оспой мы наконец-то смогли понять ее природу. Но это понимание дало вирусу своеобразное бессмертие и возможность на возрождение в будущем.
Где бы на нашей планете ни находилась вода, в ней обязательно есть жизнь. Вместилищем жизни может быть вода в тропическом пруду, в хрустальной пещере и даже в башенном охладителе на крыше больницы.
В 1992 году микробиолог Тимоти Роуботэм
Роуботэм посвятил годы тому, чтобы понять, что такое бредфордкокки и были ли они виноваты во вспышке пневмонии. Он пытался выделить их гены, стараясь найти участки ДНК, имеющиеся у всех бактерий, но ему это не удалось. Сокращение финансирования заставило Роуботэма закрыть свою лабораторию в 1998 году и отдать образцы на хранение своим коллегам во Франции.
На протяжении 5 лет брэдфордкокки прозябали в безвестности, пока Бернард Ла Скола (
Бредфордкокки не имели гладкой сферической формы, присущей бактериям. Вместо этого они состояли из множества соединенных между собой пластин и напоминали футбольный мяч. Также Ла Скола заметил белковые нити, отходящие от основной оболочки. Единственными живыми организмами, которые могли иметь такую форму, были вирусы. Но Ла Скола знал, как знали все микробиологи того времени, что объект габаритов бредфордкокка не мог быть вирусом, так как был в сотни раз крупнее.
Тем не менее, бредфордкокки оказались именно вирусами. Ла Скола и его коллеги обнаружили, что бредфордкокки размножаются, проникая в амебу и заставляя ее воспроизводить копии своего захватчика. Ла Скола и его коллеги решили дать вирусу новое название, которое отражало бы его вирусную природу. Они назвали его «мимивирус», в честь его умения мимикрировать, маскируясь под бактерию.
Затем французские ученые стали изучать гены мимивируса. Роуботэм уже пытался, правда, безуспешно, сравнивать его гены с генами бактерий. Французским ученым повезло больше. Они обнаружили у мимивируса гены, присущие вирусам, притом в большом количестве. До открытия мимивируса ученым удавалось обнаруживать у вирусов лишь несколько генов. У мимивируса же их оказалось 1 262. Это выглядело, как если бы кто-то взял гены гриппа, простуды, оспы и сотни других вирусов и поместил бы их в одну белковую оболочку. Геном мимивируса насчитывал большее число генов, чем было у некоторых бактерий. Как своими размерами, так и набором генов, мимивирус разрушал базовые законы строения вирусов.
Узнав, каким набором генов располагает мимивирус, Ла Скола и его коллеги начали искать его в других возможных местах обитания. Гигантские вирусы были обнаружены ими в легких больных, страдавших пневмонией. До сих пор неясно, вызывают ли мимивирусы пневмонию, как считал Роуботэм, либо они просто колонизируют легкие людей, которые ею уже больны. Ученым также удалось обнаружить гигантских вирусов и их родственников в местах обитания, расположенных далеко от больницы. Мимивирусы широко распространены в водах Мирового океана, где они заражают водоросли, а может, даже кораллы и губок. Стало понятно, что до сегодняшнего дня гигантские вирусы скрывались прямо у нас под носом.
Обнаруженные недавно новые виды вирусов, такие как мимивирусы, заставляют ученых пересмотреть свои взгляды на то, что такое вирусы. Законы природы, казавшиеся такими незыблемыми, расшатываются на глазах. За спорным вопросом: «Что такое вирус?» — встает гораздо более масштабный: «Что такое жизнь?»
Долгое время ученые считали, что между вирусами и «настоящими» живыми организмами, такими как бактерии, простейшие, растения, животные и грибы, лежит непреодолимая пропасть. Многие отмечали крайне малое количество генов у вирусов, доказывая, что при их способе размножения быть больше у них и не может. Так как вирусы размножаются, захватывая другие клетки, они подходят к копированию своих генов крайне небрежно. У них, например, отсутствует репаративный фермент, который мог бы исправлять возникающие при этом ошибки. Вследствие этого они гораздо в большей мере подвержены смертельным мутациям. Если у вируса будет несколько тысяч генов, то такой вирус будет нежизнеспособным из-за огромного шанса возникновения такой мутации.
Количество генов, имевшихся у обнаруженных на тот момент вирусов, служило данной теории хорошим подтверждением. Гены вирусов находятся в закодированном виде либо в ДНК, либо в ее однонитиевой версии — РНК. По целому ряду причин РНК, по своей сути, гораздо больше подвержена ошибкам при копировании. Как выяснилось, вирусы, строящиеся на основе РНК, такие как грипп или ВИЧ, имеют гораздо меньшее количество генов, чем вирусы, имеющие ДНК.
Вынужденные обходиться малым количеством генов, вирусы отказались от генов, отвечающих за функции, отличные от размножения и выживания. Так, у них не может быть генов, позволяющих им, например, есть. Они не могут самостоятельно преобразовывать вещества в новые гены и белок. Они не могут расти. Они не могут выводить продукты распада. Они не могут противостоять низким и высоким температурам. Они не могут размножаться делением. Все эти «не» не складываются в одно ошеломляющее «не». Вирусы не живые.
Чтобы считаться живым организмом, утверждали ученые, нужно обладать настоящими клетками. «Организм состоит из клеток», — заявлял в своей лекции, посвященной получению им Нобелевской премии в 1967 году, микробиолог Андре Львов (
В течение десяти лет после этого заявления множеству ученых удалось его опровергнуть. В свете открытия новых вирусов старые правила уже не работали. Мимивирусы, например, скрывались от взглядов исследователей так долго отчасти из-за того, что были в сотни раз крупнее, чем обычные вирусы. Также у них было слишком много генов, чтобы они могли отвечать представлениям о том, как устроены вирусы. Ученые точно не знают, что мимивирусы делают со всеми своими генами, но предполагают, что благодаря им в мимивирусах протекают процессы, схожие с процессами, протекающими в живых клетках. Некоторые белки мимивирусов напоминают белки, которые в наших клетках служат для синтезирования новых генов и белков.