Теперь мы на время переместимся на территорию арбовирусов, которые переносятся от хозяина к хозяину переносчиками – членистоногими. Стоит отметить, что арбовирусы составляют 40 % всех известных патогенных вирусов (Rosenberg et al., 2013). Здесь мы обсудим примеры семейства Togaviridae и представителей рода Alphavirus. Эти вирусы отнюдь не являются новыми патогенами, но мы выберем их, потому что они встречаются на обширных территориях; за последнее время они приобрели особую важность, так как было выяснено, что этот человеческий вирус переносится комарами. В контексте нашего обсуждения принципов, направляющих коэволюцию вирусов и хозяев, особенно интересны альфа-вирусы. Это переносимые комарами РНК-содержащие вирусы с геномами длиной около 12 тысяч оснований. Способ их существования требует, чтобы они реплицировались в клетках как человека, так и комара-переносчика. Вирусы не являются простыми пассажирами. Передача болезни между животными-хозяевами требует, чтобы в крови была достаточная концентрация вируса, чтобы он был с гарантией проглочен комаром вместе с кровью жертвы. Вирус должен активно реплицироваться сначала в кишечнике, потом в гемоцеле, а затем и в слюнных железах комара. Вирус передается млекопитающему, когда комар кусает свою очередную жертву. Необходимость успешно реплицироваться в организмах комаров и млекопитающих накладывает особенно жесткие требования к вирусному геному, и способность к такой репликации является великим достижением вирусной адаптивной эволюции. Программы вируса должны быть спроектированы так, чтобы иметь возможность работать в двух сильно отличающихся друг от друга операционных системах.

Альфа-вирусы Нового Света вызывают энцефалит у людей и лошадей (мы сосредоточим наше внимание на венесуэльском вирусе лошадиного энцефалита), в то время как в Старом Свете эти вирусы вызывают заболевания, проявляющиеся сыпью, болями в суставах и лихорадкой. Для начала мы обратимся к вирусу Старого Света к вирусу чикунгунья. Первая вспышка заболевания была зафиксирована в 1952 году на плато Маконде, в южной части Танганьики (ныне Танзания). Доклад об этом заболевании был представлен в Королевском обществе тропической медицины и гигиены доктором Марион Робинсон из госпиталя Лулинди в Центральной Африке (Robinson, 1955). Эпидемия носила взрывоподобный характер, с поражением в некоторых деревнях до 60–80 % населения. Робинсон сообщила, что характерными симптомами болезни были сильнейшие боли в суставах, сыпь и высокая лихорадка. Болезнь была названа чикунгунья, что в переводе с языка макоре означает приблизительно «то, что скручивает». Болезнь особенно сильно поразила места, где обильно водились комары. Виновником оказался комар вида Aedes aegipti. В обычных условиях вирус циркулирует в организмах африканских и азиатских приматов в форме эпизоотического заболевания. Это преобладающая вирусная болезнь животных соответствующих регионов. Во время сезона дождей популяции комаров сильно размножаются, и они появляются в деревнях, где болезнь передается от человека человеку в результате комариных укусов. В прошлом, двадцатом веке вспышки чикунгуньи были редкостью, но с 2000 года болезнь перенесли 5–10 миллионов человек. Теперь вирус поражает людей не только в Африке и Юго-Восточной Азии, но также в Европе и обеих Америках. Всемирное распространение заболевания имеет своей причиной эволюционную адаптацию вируса к различным видам переносчиков рода Aedes, географический ареал обитания которого весьма обширен.

В 2004 году вспышка чикунгуньи в Киншасе дала начало эпидемии, которая распространилась вплоть до островов Тихого океана. Таким образом, возникли новые генетические варианты чикунгуньи. Точечная мутация, приведшая к замене остатка аланина на остатком валина в белке оболочки вируса, позволила ему успешно реплицироваться в новом переносчике – организме комара A. albopictus. Этот комар имеет намного более обширный ареал обитания, чем A. aegipti, и обнаруживается в более умеренном климате. В настоящее время заболевание эндемично для Африки, Ближнего Востока, Европы и обеих Америк, включая Соединенные Штаты, куда заболевание проникло с яйцами комаров в дождевой воде, скопившейся на поверхности использованных автомобильных покрышек. Средства распространения нового генетического варианта чикунгуньи, таким образом, понятны. Примечательно, что замена всего одной аминокислоты сыграла решающую роль в глобальном распространении вируса и в том, что вспышки вызванного им заболевания были зарегистрированы уже четыре раза (Tsetsarkin et al., 2011). Несмотря на кажущуюся простоту этого мутационного пути к повышению эпидемического потенциала, наблюдения показали, что у некоторых штаммов этого вируса, в особенности эндемичных азиатских штаммов, вирусы с этой мутацией никогда не вызывают эпидемии. Представляется, что это пример предела другого типа, ограничивающего эволюционную гибкость вирусов: некоторые мутации легко переносятся и даже могут быть полезными в контексте одного генотипа, но являются губительными для другого. Известно, что такие эпистатические взаимодействия оказывают сильное влияние на доступность путей адаптивной эволюции. Если мы соотнесем это с нашим воображаемым ландшафтом приспособленности, то эпистаз будет добавлять пейзажу шероховатости и некоторым генотипам будет трудно или невозможно его пересечь из-за участков нежизнеспособности генома. Другие же генотипы будут легко преодолевать ландшафт по коротким высокогорным перевалам. Сегодня тихоокеанские вирусные линии быстро эволюционируют и занимают возвышенные места нашего ландшафта. Варианты E1-A226V накапливают дополнительные мутации, что приводит к дополнительным преимуществам перед лицом естественного отбора для вируса, переносчиками которого являются комары A. albopictus, и нам следует ожидать, что в будущем такие варианты будут доминировать как эпидемические вирусы.

Наш второй альфа-вирус, кузен чикунгуньи, – это венесуэльский вирус лошадиного энцефалита. Он тоже познакомит нас с генетическими вариантами, порождающими эпидемии у человека. В обеих Америках в прошлом веке разражались взрывоподобные эпидемии этой инфекции; недавняя эпидемия 1995 года поразила 100 тысяч человек. Человеческая эпидемия возникла из-за заражения людей от лошадей, мулов и ослов. Исчезновение и спорадические возвращения этой болезни было загадкой до тех пор, пока вирусологи не обнаружили, что венесуэльский вирус лошадиного энцефалита вызывает эпизоотии, циркулируя в популяциях мелких лесных и болотных грызунов. Переносчиком вируса выступают в этом случае комары рода Culex. Вирус, циркулирующий в этом резервуаре, обычно не проявляет вирулентности в отношении непарнокопытных, но ученые обнаружили, что вспышка каждой эпидемии неизменно совпадала с возникновением той же мутации в оболочке вируса (Brault, Powers, Weaver, 2002). Эти варианты вирусов являются более вирулентными для лошадей, в большой концентрации циркулируют в их крови и поэтому часто попадают в желудки комаров, питающихся кровью лошадей. Следовательно, возрастает эффективность, с какой эта болезнь передается людям, особенно тем, кто тесно контактирует с лошадьми. Здесь зоонозную инфекцию у человека опосредует иной механизм; варианты с повышенной вирулентностью в эпизоотиях обладают селективными преимуществами, и комары-переносчики более активно переносят их от большого числа животных-хозяев к человеку.

Стоит отметить, что виновником переноса вируса от лошади к человеку является комар вида Aedes teniorhynchus. Это не тот комар, который обычно переносит вирус между естественными хозяевами – грызунами заболоченных лесов. Венесуэльский вирус лошадиного энцефалита обладает примечательной особенностью инфицировать множество млекопитающих в дополнение к некоторым насекомым. Тем не менее, так же как в случае вируса чикунгуньи, его выбор комаров-переносчиков служит важным фактором, влияющим на частоту эпидемий и эпизоотий венесуэльского вируса лошадиного энцефалита. Недавно, при выделении вируса, вызвавшего вспышку энцефалита у лошадей в Мексике, ученые столкнулись с неожиданным сюрпризом. В то время как вирус вызывал значительную виремию у лошадей, он не мог инфицировать комара Aedes teniorhynchus, единственного переносчика, способного передавать инфекцию человеку. Бролт и его коллеги (2004) попытались исследовать причину этого феномена. Авторы смогли показать, что способность вируса инфицировать A. teniorhynchus можно создать для венесуэльского вируса лошадиного энцефалита искусственно, если использовать последовательности из геномов штаммов, которые прежде вызывали эпидемии среди людей. Следовательно, можно предположить, что возникновение генетических вариантов, способных с большей эффективностью передаваться новым видам переносчиков, придает венесуэльскому вирусу способность вызывать эпидемии у людей.