Вирусы – самые странные существа на нашей планете. Что они собой представляют, как появились и самое главное — как от них защититься, а также почему в вирусологии едва ли появиться свой Александр Флеминг, который откроет что-то вроде «противовирусных антибиотиков»?
Жив или нет?
Ученые до сих пор не могут окончательно решить: являются ли вирусы живыми организмами или нет. За последнее столетие мнение научного сообщества менялось несколько раз. Сначала вирусы рассматривали как яды – собственно, от этого слова и произошло их название (virus в переводе с латинского — яд). Затем их описывали как особую форму жизни, потом снова перенесли в категорию биохимических веществ.
Согласно современным представлениям, вирусы находятся в «серой зоне» между живой и неживой природой. Эти неклеточные инфекционные агенты лишены некоторых базовых свойств живых организмов: у них отсутствует обмен веществ, они не могут самостоятельно размножаться – для репликации им нужна клетка-хозяин. Именно эта последняя особенность и делает вирусы опасными для клеточных форм жизни, включая человека.
Вирусные инфекции сопутствуют человечеству, пожалуй, с момента его возникновения. Живым подтверждением тому является геном современных людей, который на восемь процентов состоит из ДНК ретровирусов. Это отголоски инфекций, которыми наши далекие предки страдали еще сотни тысяч лет назад. Некоторые из них даже сыграли позитивную роль в нашей эволюции. Например, один из ретровирусных генов был использован организмом женщин для создания во время беременности синцитиотрофобласта – многоядерной структуры, которая извлекает из материнской ткани вещества, необходимые для эмбриона, защищает его от патогенов, синтезирует некоторые гормоны.
Но далеко не все вирусы приносят пользу, и далеко не все безобидны для человека. Возможно, некоторые из тех вирусов, ДНК которых сохранилась в нашем геноме, вызывали в прошлом инфекции, наводившие на наших предков не меньший ужас чем, натуральная оспа (побежденная благодаря вакцинации в прошлом веке), ВИЧ-инфекция или современная пандемия COVID-19. Современному человечеству приходится сталкиваться с новыми вызовами: существует еще много непобежденных вирусных инфекций, появляются новые, и они представляют собой актуальную проблему для современного здравоохранения.
Эволюция наоборот: количество против качества
Человека часто называют венцом природы. С одной стороны, такой красочный эпитет не совсем справедлив: по физическим характеристикам наше тело сильно уступает многим млекопитающим. У нас нет когтей, рогов, копыт и многих других «приспособлений», полезных для выживания в дикой природе. Но эволюция наделила людей сложно устроенной нервной системой, которая с лихвой компенсирует все наши слабости и помогла нам занять доминирующее положение среди всех представителей флоры и фауны.
Тем не менее, в определенном смысле вирусы могут потягаться с людьми за звание «венца» и способны безнаказанно хозяйничать в нашем организме, несмотря на все достижения современной медицины. Эволюционная родословная современного человечества изучена довольно хорошо, а вот происхождение вирусов покрыто мраком тайны. Возможно, именно они и были первой формой жизни на Земле – но это лишь одна из гипотез.
Согласно другим предположениям, эти «полуживые» организмы могли стать результатом «эволюции в обратном направлении». Возможно, когда-то из живой клетки «сбежали» генетические элементы и приобрели свойства инфекционных агентов, или даже сама клетка регрессировала настолько, что превратилась в паразита, состоящего лишь из белка и нуклеиновой кислоты.
Так или иначе, это оказалось не менее эффективно, чем эволюция по пути усложнения. Организм каждого отдельно взятого человека – целая миниатюрная вселенная, которая научилась максимально эффективно взаимодействовать с внешним миром. Сила вирусов – в максимальной простоте, устойчивости и быстрой изменчивости. Они настолько отличаются от нас, что появилась еще одна гипотеза на грани фантастики, согласно которой первые вирусные частицы попали на нашу планету из космоса. Пока этому нет ни достоверных доказательств, ни опровержений.
Число новых болезнетворных вирусов постоянно растет, и ученые считают, что эта тенденция сохранится. Новый коронавирус SARS-CoV-2 – лишь один из возбудителей, давших о себе знать за последние годы. Одни эпидемии удается быстро локализовать, другие, такие как COVID-19, распространяются по всему миру и приводят к ужасающим последствиям, вплоть до миллионов смертей и экономического коллапса, третьи еще только предстоит открыть.
Постоянно преподносят сюрпризы и уже известные вирусы. Врачам-инфекционистам и эпидемиологам приходится не просто реагировать на вспышки новых инфекционных заболеваний, но зачастую делать это крайне быстро, чтобы ситуация не стала критической. Вирусы – проблема, с которой человечество пока не справилось, хотя в этом направлении уже достигнуты немалые успехи.
Так, например, в 2020 году в России на фоне высокого риска циркуляции двух вирусов одновременно – гриппа и COVID-2019, и, соответственно, повышенного спроса на вакцины от гриппа, Минздравом РФ был разработан специальный план вакцинации населения. Программа должна охватить более половины населения страны.
«В этом году государство поставило задачу: обеспечить прививками 60 процентов населения и 75 процентов людей в группах риска, это на 10-15 процентов выше, чем в прошлых сезонах, – рассказал исполнительный директор госкорпорации Ростех Олег Евтушенко. – Возможности госкорпорации позволяют полностью закрыть потребности в вакцинах от гриппа в рамках Национального календаря профилактических прививок. В текущем эпидсезоне наш холдинг «Нацимбио» поставил в регионы России более 60 миллионов доз вакцин для профилактики гриппа.
Дополнительно будет поставлено 7,5 миллионов доз новейшей четырехвалентной вакцины «Ультрикс Квадри», что на 40 процентов больше, чем в прошлом году. Препарат безопасен, рекомендован Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ), значительно снижает риск заболеваемости гриппом и способствует формированию стойкого иммунитета».
Враг, с которым сложно бороться
Вирусная частица – вирион – состоит из вирусного генома, представленного нуклеиновой кислотой (ДНК или РНК), покрытого белковой оболочкой (капсидом). У некоторых вирусов есть дополнительная внешняя оболочка, позаимствованная у клеток – суперкапсид. У простых вирусов генетический материал может кодировать всего четыре белка, а самые сложные кодируют до 100–200 белков.
Во время заражения особые белки на поверхности вируса взаимодействуют с белками-рецепторами клеточной мембраны, и возбудитель проникает внутрь – полностью, или «впрыскивает» только свой генетический материал. Далее клетка превращается в фабрику по производству новых вирусных частиц. Причем, дальнейший сценарий развития событий бывает разным. В некоторых случаях, после того как синтезируются сотни или тысячи новых вирионов, клетка полностью разрушается, и потомство возбудителя отправляется на поиски новых «жертв».
Это литический путь. Иногда «клетка-зомби» разрушается не сразу, а постепенно, производя и выделяя всё новые вирусные частицы. Так реализуется лизогенный путь. Иногда вирус и вовсе не размножается, а просто прячется внутри клетки, ожидая благоприятных условий. Такое состояние вируса называется латентным, и оно, например, характерно для вируса папилломы человека.
У организма человека есть довольно большой арсенал средств для борьбы с вирусными инфекциями. К ним относятся лихорадка, свидетельствующая о реакции иммунной системы, кашель, чихание и другие выделительные механизмы, которые мешают вирусам прикрепляться к клеткам. Не остается в стороне и иммунная система: она активирует вещества, которые инактивируют вирусные частицы и разрушает зараженные клетки.
Например, интерфероны воздействуют на уже проникшего в клетку возбудителя и нарушают его размножение. К сожалению, зачастую эта сложная многоуровневая система защиты не может предотвратить развитие заболевания, особенно если в организм проник новый, «незнакомый» вирус. Защитные механизмы нередко срабатывают, когда возбудитель уже смог поразить многие клетки и успел нанести большой ущерб. Возможности защитной системы могут оказаться недостаточными, чтобы полностью избавиться от возбудителя, как, например, это происходит при ВИЧ.
А иногда иммунный ответ может быть избыточным и нанести немало вреда, вплоть до того, что будет нарушена работа всех органов. При некоторых вирусных инфекциях развивается так называемый цитокиновый шторм. Иммунные клетки вырабатывают множество воспалительных веществ (медиаторов воспаления), которые снова активируют иммунные клетки, и процесс нарастает лавинообразно, воспаление охватывает весь организм. В частности, из-за этого у некоторых людей инфекция COVID-19 протекает тяжело и приводит к гибели.
В лечении вирусных инфекций до сих пор сохраняется много нерешенных проблем. В вирусологии вряд ли появится свой Александр Флеминг, который откроет что-то вроде «противовирусных антибиотиков». Бактерии, в отличие от вирусов, имеют собственный обмен веществ, самостоятельно размножаются, у них есть полноценный организм и защищающая его клеточная стенка.
Многие биохимические процессы у них схожи, и на них можно повлиять с помощью антибактериальных препаратов, не нанося ущерба организму больного.
У вирусов всего этого нет, а когда они находятся внутри клетки, до них и вовсе очень сложно добраться. Кроме того, вирусы очень разнообразны по своей морфологии и постоянно и достаточно быстро мутируют, поэтому против них сложно разработать универсальное лекарство.
Появление антибиотиков совершило перелом в лечении бактериальных инфекций. Например, чума – эта «черная смерть», когда-то уничтожавшая населения целых городов – сегодня обычно легко лечится с помощью антибактериальных препаратов. Вряд ли удастся повторить этот успех с вирусами. Например, существуют противовирусные средства, которые подавляют репликацию ВИЧ. Возбудитель не размножается, но и не покидает организм больного. Пациент по всем признакам здоров, но вынужден лечиться пожизненно, как при сахарном диабете или болезни Альцгеймера.
Аналогично на всю жизнь остаются в организме после инфицирования вирусы папилломы человека (ВПЧ). Можно предотвратить заражение, но, врачи пока не обладают препаратами, которые смогут избавить пациента от вируса, когда заражение уже произошло. В большинстве случаев инфекция, вызванная на данном этапе ВПЧ, протекает бессимптомно, но существуют ВПЧ 16 и 18 типов, которые могут вызывать онкологические заболевания. Например, с папилломавирусной инфекцией связано 70 процентов всех случаев рака шейки матки.
Не существует по-настоящему эффективного этиотропного (то есть направленного на причину заболевания – возбудителя) лечения против «простудных» ОРВИ, детских инфекций, таких как ветрянка, корь, краснуха, эпидемический паротит (свинка) и других. По большому счету, единственное вирусное заболевание, с которым на данном этапе можно радикально бороться с помощью лекарств – вирусный гепатит C. Однако, борьба человечества против вирусов вовсе не проиграна. Она находится в самом разгаре. В нашем распоряжении есть эффективное оружие. Оно уже помогло одержать ряд блистательных побед и по-прежнему обладает большим потенциалом.
Легче предотвратить, чем излечить
«Иммунная система человека не всегда может эффективно реагировать на новые «незнакомые» вирусы, но может успешно расправляется с уже «знакомыми». Например, если один раз переболеть ветрянкой, в будущем ее можно уже не бояться. Но для того, чтобы «познакомить» свой иммунитет с вирусом, вовсе не обязательно рисковать и болеть. Человечеству уже два столетия известен более безопасный способ – вакцинация» – рассказывает доктор медицинских наук, профессор, заместитель директора Центра разработки и внедрения компании НПО «Микроген» (входит в холдинг «Нацимбио» Госкорпорации Ростех) Александр Сергеев.
Примечательно, что первая в мире вакцина была создана именно против вирусов – родственников современной ветрянки. Когда-то натуральная оспа наводила на людей не меньше страха, чем чума. Она быстро распространялась воздушно-капельным путем, 30 процентов заболевших погибали, а у выживших обычно оставались безобразные рубцы на коже.
В 1796 году английский врач Эдвард Дженнер сделал первую прививку против этого заболевания, а через 200 лет, в конце 1970-х годов, натуральная оспа была полностью искоренена. Это событие часто называют самым выдающимся достижением мировой науки и медицины. Есть надежда, что в обозримом будущем та же судьба постигнет и другие вирусные инфекции. Эксперты считают, что на очереди корь и краснуха. Кстати, в 2019 году России был официально присвоен статус страны, свободной от краснухи.
Эдвард Дженнер использовал дивергентную живую вакцину – он прививал своих пациентов вирусом коровьей оспы, и это давало перекрестный иммунитет против вируса натуральной оспы человека. Современные вакцины содержат ослабленный вирус, который не может вызвать заболевание (живые аттенуированные вакцины) или отдельные фрагменты возбудителя (компонентные вакцины), в ответ на которые развивается специфический иммунный ответ. Такие вакцины безопасны, очень редко вызывают серьезные побочные эффекты и обеспечивают надежную, продолжительную защиту.
В российском Национальном календаре профилактических прививок предусмотрена вакцинация против шести вирусных инфекций: вирусного гепатита B, полиомиелита, кори, краснухи, эпидемического паротита и гриппа. Фармацевтический холдинг Ростеха «Нацимбио» обеспечивает около 90 процентов потребности государственной системы здравоохранения в вакцинах, включенных в Национальный календарь профилактических прививок, в том числе 100 процентой потребности – в гриппозных вакцинах.
Список существующих вакцин не ограничивается прививочным календарем. Некоторые из них вводят только людям из групп повышенного риска, проживающих в районах с неблагоприятной эпидемической обстановкой или выезжающих в эти районы. К этой группе относят прививки против клещевого энцефалита, бешенства, желтой лихорадки.
Однако противовирусные вакцины не являются абсолютной панацеей. Против многих вирусных инфекций пока не разработаны вакцины. Это может быть связано с недостаточным пониманием патогенеза инфекционного заболевания, всех тонкостей иммунного ответа. От некоторых разработанных вакцин приходится отказываться из-за низкой эффективности, отсутствия продолжительного иммунитета или высокого риска серьезных побочных эффектов. Например, вакцина против ВИЧ-инфекции существует, но она снижает риск заражения лишь на 30 процентов. Тем не менее, эксперты ВОЗ не рекомендуют делать всем такую прививку, потому что человек может испытывать ложное чувство защищенности и перестать соблюдать элементарные правила безопасности.
Многие вирусы очень изменчивы: вакцина уже через несколько месяцев может стать неэффективной против нового штамма. Так, например, происходит с вирусом гриппа. Каждый год приходится готовить новую вакцину. Ситуация с COVID-19 показала, что новые эпидемии могут стремительно распространиться по всему миру. У ученых не было времени, чтобы вовремя разработать новую вакцину и провести все необходимые клинические испытания. Никто не может со стопроцентной точностью предсказать, как вирусы изменятся в будущем, и с какими еще инфекциями придется столкнуться человечеству.
Чтобы вирусная инфекция перестала распространяться, необходимо создать коллективный иммунитет, а для этого нужно охватить вакцинацией большую часть населения. Это сложная задача в странах с низкой доступностью медицинской помощи. Свою лепту вносят представители антипрививочных движений: за каждой волной массовых отказов от вакцинации следует вспышка инфекций, которые прежде были редкостью.
Вакцина предотвращает инфекцию, но, если заражение уже произошло, она бессильна. Например, от онкогенных вирусов папилломы человека хорошо защищены девочки, которым сделали прививку. Если у женщины уже обнаружили ВПЧ 16 или 18 типа, остается только регулярно посещать врача и надеяться, что инфекция не приведет к развитию рака.
Несмотря на все эти сложности, ученые продолжают работу над созданием новых и улучшением существующих вакцин. В прошлом году до финальной стадии – регистрации в Минздраве – дошли сразу три разработки предприятий госкорпорации Ростех – комбинированная пятикомпонентная вакцина аАКДС–ГепB+Hib, трехкомпонентная вакцина для одновременной профилактики кори, краснухи и паротита «Вактривир», а также четырехвалентная вакцина от гриппа «Ультрикс Квадри». На данный момент вакцины – это самый эффективный способ борьбы с распространением вирусных инфекций, и единственный способ полностью искоренить некоторые из них в обозримом будущем.