Глава 10
Межвидовые инфекции: средства и возможности
Повествование о пандемии ВИЧ-1-инфекции является убедительным и полезным примером вирусного зооноза с необратимыми глобальными последствиями для человечества. Более углубленное рассмотрение переменных, влияющих на исходы межвидовых вирусных инфекций, позволит нам лучше оценить риски возникновения вирусных зоонозов в будущем. Эти переменные включают генетику, экологию, поведение, и именно они определяют вероятность перескока вируса через межвидовой барьер. Мы будем рассуждать об этом, пользуясь понятиями средств и возможностей для вируса совершить это преступление – вызвать зоонозную инфекцию у человека. Сможет ли вирус успешно преодолеть межвидовой барьер и успешно внедрить устойчивую генетическую линию в клетки нового хозяина?
Возможность в приложении к зоонозу включает в себя экологические и поведенческие параметры. Межвидовая передача вируса от его естественного хозяина новому виду хозяев требует контакта с инфекционным материалом. Два вида могут занимать один ареал или два перекрывающихся ареала обитания. Кроме того, представители этих видов должны вести себя так, чтобы стала возможной передача инфекции. Здесь мы можем полагаться на наши знания о межвидовой передаче ВИО в Западной Африке и возникновении эпидемии СПИДа. Очевидно, что в конечном счете зоонозная линия вируса SIVcpz передавалась от приматов к приматам – от африканских низших обезьян шимпанзе (и гориллам), а потом и человеку. Каждая из этих межвидовых передач происходила в регионах, где перекрывались ареалы обитания соответствующих приматов. Филогенетически родственные виды часто занимают сходные экологические ниши и проявляют схожее поведение, а это фактор, создающий обстоятельства, в которых их пути пересекаются. Конфликты и хищничество, возникающие в отношениях разных видов приматов (например, шимпанзе охотятся на низших обезьян и поедают их), а также охота, разделка туш и питание мясом, характерные для человека, завершают картину возможностей межвидовой передачи зоонозного ВИО. Создаются все условия для появления нулевого хозяина. Поведенческие факторы тоже могут влиять на вероятность возникновения эпидемической цепи передачи вирусов новым хозяевам: доказательством служит возникновение пандемии ВИЧ-1-инфекции, порожденной социальным и экономическим подъемом во французских и бельгийских колониях в Африке.
Так же сложны и средства совершения зоонозного преступления; на него влияют генетические факторы хозяев и вируса. Вероятность надежного закрепления инфекции в организме нового хозяина повышается, если естественный хозяин и новый хозяин близки филогенетически. Белки клеточной поверхности, служащие рецепторами для вируса и позволяющие ему прикрепиться к клетке и проникнуть в нее, как правило, консервативны, а значит, проявляют структурную и функциональную схожесть. То же самое относится и к другим инфраструктурам клетки-хозяина, с которыми вынужден взаимодействовать вирус. Эти белки составляют операционную систему клетки. Чем больше сходства между операционными системами разных хозяев, тем более вероятно, что вирус сможет реплицироваться в организме нового хозяина. Конечно, это слишком широкое обобщение, требующее множества предпосылок, но разумно будет предсказать, что перескоки между видами, эволюционно далекими друг от друга, будут представлять значительные трудности для вируса. Для этого надо сопоставить исход инфицирования низших африканских обезьян Старого Света вирусом обезьяньего иммунодефицита и инфицирования человека ВИЧ-1. ВИО-инфекция, как правило, протекает у мартышек доброкачественно, в то время как ВИЧ вызывает у человека неизбежную смерть в подавляющем большинстве случаев заражения. Точно так же африканский обезьяний вирус вызывает тяжелый синдром приобретенного иммунодефицита у азиатских низших обезьян. Исходы заболеваний при этом разительно отличаются, несмотря на относительно близкое эволюционное и филогенетическое родство африканских и азиатских обезьян. Эта разница иллюстрирует наличие мощных видовых барьеров, которые вирусу приходится преодолевать для того, чтобы передаваться между разными видами родственных между собой приматов. Несмотря на то что клетки африканских и азиатских обезьян пользуются сходными операционными системами, коэволюционная адаптация вируса и его естественного хозяина создает несовпадения, которые значительно влияют на патогенез вирусной инфекции у нового хозяина.
Возможность зоонозного переноса легко доступна для вирусов, но средства закрепления в качестве эндемического паразита нового хозяина могут создать большие трудности при инфицировании нового хозяина. Есть ли этому доказательства? Невозможно количественно точно определить число неудач при межвидовой передаче вирусов. Доведя рассуждения до логической крайности, можно сказать, что это бессмысленное занятие: бактериофаги не поражают и в принципе не могут поражать эукариотические клетки; нет никаких данных за то, что нам могут угрожать зоонозы, возникшие в результате перескока вирусов от представителей одного царства к представителям другого. В одной недавно опубликованной статье ученые из Университета Орхуса в Дании описали растительный вирус, который способен инфицировать пчел и клещей (Francis, Nielsen, Kryger, 2013). Это замечательный пример межвидовой и даже межтаксонной передачи вируса, но некоторые специалисты указывают, что авторам не удалось доказать, что эти вирусы успешно реплицируются в клетках насекомых. Это действительно очень разреженная территория, и основания для успеха или неудачи чаще скрыты, нежели видны. Будет более плодотворным вернуться назад, к клинически очевидным зоонозным инфекциям с разными исходами для человека. Вирусы SIVcpz и SIVgor совершили по меньшей мере два зоонозных переноса (ВИЧ-1 М и N, и ВИЧ-1 P и О соответственно); SIVsmm дымчатого мангобея породил по меньшей мере восемь линий ВИЧ-2, каждая из которых возникла в результате самостоятельной отдельной межвидовой передачи. Сколько межвидовых инфекций лентивирусами приматов прошли незамеченными, потому что инфицирование нулевого реципиента не смогло закрепиться, или заболевание осталось нераспознанным и не передалось другим новым хозяевам? ВИЧ-1 группы М является источником глобальной пандемии СПИДа, а ВИЧ-2 групп А и В – единственными линиями, которые успешно распространяются среди людей, но остаются преимущественно болезнью Западной Африки. Эти разные зоонозные вирусные линии с разной успешностью адаптировались к людям. Природа квазивидов РНК-содержащих вирусов требует, чтобы каждая межвидовая передача происходила с участием генетически отличного вируса-основателя (или ограниченной популяции вирусов-основателей). Как следствие, не все варианты вируса, проникшие в организм нового хозяина, будут иметь одинаковый адаптивный, а следовательно, и эпидемический потенциал.
В Соединенных Штатах каждый год публикуются сообщения о нескольких случаях инфицирования людей вирусами свиного гриппа (обычно сельскохозяйственных рабочих). Работники свиноводческих хозяйств и птицефабрик подвержены высокому риску заражения зоонозными вирусами свиного и птичьего гриппа. В недавно проведенном обследовании сельского населения восточного Китая антитела, направленные против вируса свиного гриппа, были обнаружены более чем у 10 % обследованных, что говорит о сравнительно высокой частоте зоонозной передачи вирусов (Yin, Yin, Rao, Xie, Zhang, Qi et al., 2014). С другой стороны, дальнейшая передача инфекции от человека к человеку и риск возникновения пандемии гриппа возникают исключительно редко. Малая, но тупиковая эпидемия свиного гриппа (вероятно, родственного испанке 1918 года) возникла в Форт-Диксе (штат Нью-Джерси) в 1976 году среди армейских новобранцев. Вирус убил одного человека и инфицировал еще 230, но затем исчез и больше никогда не появлялся (Kilbourne, 2006). Эти примеры, будь то связанные с зоонозными переносами лентивирусов приматов или вирусов свиного гриппа, служат наглядной иллюстрацией массы возможностей для возникновения зоонозов. Однако даже если происходит успешная межвидовая передача вируса, вызывающая заболевание у нового хозяина, то существует целый спектр возможных исходов. Случайность служит весьма важным фактором (она всегда играет определенную роль, особенно в связи с тем, что такая передача является относительно редким событием в сравнении с заражениями естественных хозяев). Тем не менее вариабельность по большей части определяется генетикой: генетикой появившегося вируса-основателя, генетикой организмов новых хозяев и, главное, генетикой индивидуального нулевого хозяина. Некоторые вирусы, инфицирующие новых хозяев, обладают особым вариантным генотипом, который позволяет закрепить инфицирование и адаптироваться к новому хозяину, – эти вирусы, в отличие от других, обладают средствами достижения успеха.
