Я приступил к исследованиям вирусов эукариотических клеток на последнем курсе обучения в Кембриджском университете в конце семидесятых годов. Я живо вспоминаю, как захватил меня сплайсинг м-РНК транскриптов одного из генов аденовируса, ДНК-содержащего вируса, реплицирующегося в ядрах эукариотических клеток. Недавнее открытие расщепления генов в лабораториях «Колд-Спринг-Харбор» Филиппом Шарпом и Ричардом Робертсом принесло первооткрывателям Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1993 года. Сплайсинг РНК включает в себя процессинг первичного транскрипта гена в ядре перед его выходом в цитоплазму. В процессе сплайсинга вырезаются целые сегменты некодирующих последовательностей, называемых интронами, которые включаются в первичный транскрипт. Получающаяся зрелая РНК содержит непрерывные, кодирующие белки – экзоны. Подвергнутый сплайсингу транскрипт транспортируется в цитоплазму, где он распознается и транслируется на рибосоме. Стало ясно, что этот процесс лежит в основе любой экспрессии клеточных генов. Точно так же, как бактериофаги снабдили нас знаниями о генетике и молекулярной биологии царства бактерий, эти вирусы должны были научить нас особенностям эукариотических клеток. Итак, мое первое очарование вирусами, касалось, собственно говоря, не самих вирусов как таковых и болезней, которые они вызывали, но предвосхищения того, чему они научат нас относительно процессов в наших собственных клетках, которыми они так умело пользуются. Ядерные ДНК-содержащие вирусы, подобно своим цитоплазматическим РНК-содержащим сородичам, должны использовать те же цитоплазматические механизмы трансляции белка, но должны «уметь» манипулировать клеточными механизмами транскрипции генов в ядре. Эти матричные РНК транскрибируются с вирусной геномной ДНК с помощью человеческой РНК-полимеразы II. Эта ДНК должна кодировать необходимые сигналы и последовательности кодонов для направления синтеза из аминокислот собственных белков вируса на клеточных рибосомах, а кроме того, содержать информацию, необходимую для согласованной экспрессии генов клеточными транскрипционными механизмами.

Представители семейства вирусов герпеса – одни из наиболее сложных ДНК-содержащих вирусов, геном которых колеблется от 125 до 230 тысяч пар оснований двуспиральной ДНК, кодирующих от 70 до 200 генов. Сложность их геномов является убедительным индикатором их способности к многогранным адаптационным отношениям с организмами хозяев. Вирусы герпеса являются наглядной живой историей успешной эволюции.

Требуется, однако, более формальное представление вирусов герпеса. Так же как хвостатые вирусы признаются семейством родственных бактериофагов благодаря их сходной морфологии, порядок герпетических вирусов входит в вирусную номенклатуру в виде точно такой же сложной совокупности. При исследовании под электронным микроскопом видна похожая архитектура вирусных частиц всех вирусов герпеса. Вирусные частицы состоят из липидной оболочки, пронизанной вирусными гликопротеинами, окруженными аморфным белковым матриксом, внутри которого находится икосаэдрический капсид, содержащий ДНК-геном. Вирусы герпеса представлены тремя семействами: семейство, вирусов, поражающих млекопитающих, птиц и рептилий; алловирусы герпеса рыб и земноводных; малаковирусы, поражающие беспозвоночных. Большая часть наших знаний о герпетических вирусах почерпнута из исследований первого семейства, в которых выделяют три подсемейства: альфа-, бета- и гамма-герпетические вирусы. Люди являются хозяевами для трех альфа-герпетических вирусов, трех бета-герпетических вирусов и одного гамма-герпетического вируса. Человеческие вирусы герпеса являются окном, сквозь которое мы можем изучать способ существования и патогенные свойства герпетической инфекции. Все они обладают общим свойством взаимодействовать с клетками двумя способами: литическим и латентным. После первичного инфицирования хозяина вирус производит литическую инфекцию, обычно сочетающуюся с легкой симптоматикой и выделением в окружающую среду инфицирующих вирусных частиц. Установление пожизненной латентной фазы инфекции в покоящейся клеточной популяции следует за начальной литической фазой инфекции. Латентность определяется как отсутствие продукции инфицирующего вируса и происходит перед лицом активного иммунного ответа (Wilson, Mohr, 2012; Roizman, Whitley, 2013). Успешность герпетических вирусов объясняется их способностью уходить от иммунной реакции. Герпетические вирусы приобрели механизмы противостояния иммунной защите макроорганизма, хотя и в латентном состоянии вирус герпеса находится под прицелом иммунной системы хозяина. Механизм, поддерживающий латентное состояние вируса, является предметом интенсивных исследований, но ясно, что это метастабильное состояние, в поддержание которого вносят равный вклад клеточные репрессивные механизмы и механизмы активации вируса. Реактивация вируса из латентного состояния происходит периодически и, очевидно, стохастически, при продукции инфекционной формы вируса, которую можно передать новому хозяину.

Вирусы герпеса очень медлительны в выборе новых хозяев, а заболевания, вызываемые ими, редко сочетаются с тяжелыми клиническими проявлениями у здоровых пациентов. Это указывает на высокий уровень эволюционной адаптации к их привычным хозяевам. Это, разумеется, имеет большое преимущество для вируса, если хозяин остается относительно здоровым в течение длительного периода времени инфицирования, что позволяет вирусу передаваться от хозяина другим организмам в нормальном состоянии. Особенно это верно в отношении патологии, передаваемой половым путем, или для заболеваний, которые требуют для передачи тесного телесного контакта. Тяжелые или даже смертельные поражения, вызванные вирусами герпеса, однако, случаются, когда происходит инфицирование во время эпизоотии (среди животных разных видов). Чаще всего такие заражения происходят случайно, а вирус проникает в чуждый организм, как в тупик, который не приводит к развитию эндемического заболевания. Вирус B герпеса макаки может служить в этом отношении примером (Huff, Barry, 2003). Проникая в организм своего естественного хозяина, вирус вызывает у него бессимптомное легкое заболевание, но для человека, имевшего несчастье заразиться вирусом от макаки, заболевание часто оказывается смертельным. Вирус B герпеса макаки поражает до 75 % выловленных в дикой природе макак, которых используют для научных исследований, однако в наши дни макак разводят в специальных питомниках для выведения чистых линий, что резко снизило опасность зооноза среди сотрудников лабораторий. Многие другие перекрестные заражения приводят к похожим исходам, причем зоонозы чаще всего поражают фермеров и держателей зверинцев, где представители разных биологических видов находятся в нехарактерном для этих видов близком соседстве.

В обиходе герпесом называют инфекционное поражение вирусом простого герпеса (HSV). Половой герпес, вызываемый вирусом HSV, приобрел широкую известность в начале восьмидесятых годов. В 1982 году журнал Newsweek окрестил его «венерической болезнью восьмидесятых, а журнал «Time» – новой «Алой буквой». Та эпидемия поразила двадцать миллионов американцев – она прошлась, как ураган, по нашему сексуально раскрепощенному обществу. На самом деле, существуют два вида вируса простого герпеса, HSV-1 и HSV-2, и они сочетаются с губным герпесом, распространенным заболеванием, при котором герпетические поражения высыпают в полости рта и на губах, и с половым герпесом, который поражает слизистые оболочки полового тракта (Whitley, Roizman, 2001). Эта инфекция передается половым путем, когда вирус отшелушивается от слизистой оболочки половых путей либо при первичном инфицировании, либо при реактивации латентной инфекции. Эти вирусы, являющиеся эталоном успешности в качестве человеческих патогенов, HSV-1 и HSV-2, чрезвычайно широко распространены среди людей, а частота поражения неуклонно увеличивается с возрастом. Носителями менее распространенного вируса HSV-2 являются 30 % взрослого населения, вирус HSV может обнаруживаться у 50 % детей в возрасте до 10 лет, а у пожилых людей частота поражения достигает и превосходит 80 %. Обычный путь заражения – контакт вирусных частиц простого герпеса с эпителиальными клетками. Так же как в случае с вирусом гриппа, прикрепление к клетке опосредуется молекулярным взаимодействием между гликопротеинами вирусной оболочки с мембранными белками клеточной мембраны. Слияние вирусной и клеточной мембран позволяет нуклеокапсиду и ассоциированным с ним матриксным белкам проникнуть в цитоплазму клетки, откуда нуклеокапсид проходит в клеточное ядро, прободая его мембрану. Через ядерную пору сбросивший белковый матрикс и капсид ДНК-геном вируса проходит в святая святых клетки, в ее ядро. Здесь вирус проходит несколько циклов экспрессии генов, в ходе которых возникают волны последовательных синтезов белка, нейтрализуются защитные механизмы клетки и метаболизм клетки начинает работать на вирус. Реплицируется геном вирусной ДНК, и сборка вирусных частиц происходит в ядре. Частицы отпочковываются от ядерной мембраны и вступают в аппарат Гольджи, где частица приобретает вирусную оболочку. Покинув аппарат Гольджи, частицы переходят в цитоплазму и сливаются с клеточной мембраной, после чего зрелые вирионы выходят в окружающую среду. Этот литический репликативный цикл в эпителиальных клетках приводит к появлению клинических симптомов инфекции – образованию наполненных водянистой жидкостью пузырьков на слизистой оболочке рта, губ или других слизистых оболочках. Эти патологические элементы нагружены инфекционными вирусными частицами, которые могут быть легко переданы другим людям в слюне или секрете половых желез. Вирус герпеса человека способен заражать незаметно; очень часто передача инфекции половому партнеру происходит при отсутствии видимых симптомов вирусного поражения слизистой оболочки половых путей.

При первичном инфицировании вирусные частицы, высвобождаемые из эпителиальных клеток, инфицируют чувствительные нейроны, иннервирующие инфицированную эпителиальную ткань. Нуклеокапсид, содержащий ДНК-геном, проникает в терминаль аксона, а затем генетический груз транспортируется на значительную длину аксона к ядру нервной клетки, расположенному в заднем корешке спинномозгового нерва. Геном впрыскивается в ядро нейрона, но чаще всего вслед за этим не происходит репликационный литический цикл. Баланс сил в этом ядерном окружении является несколько иным, нежели в эпителии: экспрессия вирусных генов строго ограничена нейроном, и в нем происходит транскрипция только одной копии генома (транскрипция, ассоциированная с латентностью), которая играет решающую роль в индукции дремлющего, латентного состояния вируса в нервной клетке. Геном вируса сохраняется в клеточном ядре в виде кольцевидной молекулы ДНК, упакованной в эписому, расположенную в хроматине, так же как хромосомная ДНК. Экспрессия этой эписомы сильно ограничена и строго регулируется внутриклеточными механизмами. Именно в этих ганглиях инфицирующий их вирус периодически активируется, что называют вспышкой герпеса. Такие вспышки обычно поражают участки кожи в непосредственной близости от места первичной инфекции, будь то простуда на губе или пузырек на слизистой половых органов. В типичных случаях явная реактивация может сочетаться со стрессом, который позволяет вирусу на время ускользать из-под непрерывного иммунологического контроля вследствие ослабления иммунных реакций, которые минимизируют патологические последствия событий стохастической реактивации (Roizman, Whitley, 2013).

Вирус герпеса человека 3, или вирус ветряной оспы, тоже является нейротропным вирусом, который индуцирует латентную инфекцию нейронов. Первичное инфицирование вызывает ветряную оспу, распространенную детскую болезнь, но в отличие от герпеса, при ветрянке вирус вызывает общее поражение, так как реплицируется в клетках эпителия кожи и слизистых оболочек, откуда отшелушивается в виде зудящей пузырьковой сыпи на коже и слизистой оболочке рта. Латентный вирус в нервных клетках при реактивации вызывает заболевание, известное под названием опоясывающего лишая, резко отличающегося от поражения при первичном инфицировании. Кожная вирусная сыпь возникает лишь на ограниченном участке кожи, иннервируемом пораженными нейронами. Представляется, что первичное инфицирование не сдерживается на месте иммунной системой, и поэтому реактивация оказывается более успешной. Единственный человеческий бета-вирус герпеса (цитомегаловирус) и гамма-вирус герпеса (вирус Эпштейна – Барр) весьма сходны между собой в плане этиологии, но сильно отличаются в этом отношении от альфа-вирусов герпеса. Каждый из этих вирусов вызывает у подростков мононуклеоз, хотя у маленьких детей заболевание может протекать бессимптомно и остаться незамеченным. В отличие от вируса простого герпеса и вируса ветряной оспы и опоясывающего лишая они не передаются половым путем. Как правило, болезнь возникает после отшелушивания элементов поражения в ротовую полость, что привело к народному названию мононуклеоза – «поцелуйная болезнь». Цитомегаловирус и вирус Эпштейна – Барр инфицируют эпителиальные клетки в момент заражения, но затем поражают различные популяции лейкоцитов, в которых они находятся в латентном состоянии. В случае цитомегаловируса он предпочтительно поражает клетки лимфоцитарного и моноцитарного ряда, в то время как вирус Эпштейна – Барр проникает в B-лимфоциты. Примечательно, что эти вирусы, принадлежащие разным подсемействам, выработали много общего в способе существования, за первичным инфицированием следует пожизненное латентное состояние, но эти вирусы занимают разные клеточные ниши, в которых и переходят в латентное состояние. Такая разница в тропизме потребовала развития в ходе эволюции различных регуляторных механизмов в разных подсемействах вирусов герпеса, для того чтобы проникать в клетки разных типов.