Если мы хотим разработать стратегии, благодаря которым сможем предотвратить катастрофические вспышки эпидемий, то нужно понимать экологию вируса в его так называемой легкой форме.1702 Как я уже говорил, первоисточником всех вирусов гриппа – птиц и млекопитающих – являются водоплавающие птицы.1703
Казалось бы, все вирусы птичьего гриппа начинались вполне безобидно как для птиц, так и для человека. Миллионы лет вирус гриппа существовал в своем естественном состоянии в виде безвредной кишечной инфекции водоплавающих птиц вроде уток.1704 Некоторые винят в появлении H5N1 свободные стада и диких птиц, но вот уже тысячи лет люди держат кур на заднем дворе, а птицы и вовсе мигрируют уже миллионы лет. Что же такого произошло в последние годы, вызвав беспрецедентные изменения эволюции в ускоренном темпе, и результат чего мы сейчас наблюдаем на примере вируса?
Генофонд гриппа представляет собой скорее генопруд. Ежегодно бесчисленное множество диких уток собирается на водоемах по всему миру, чтобы спариваться, выращивать потомство и передавать друг другу вирус гриппа. Вирус потихоньку размножается в кишечном эпителии утки, а затем выводится в пруд, поджидая новые партии пернатых, которые сядут на воду. Утки глотают вирус вместе с водой, и цикл продолжается. Утка не болеет, потому что для распространения вируса этого не требуется. Для дальнейшего распространения вируса даже лучше, если утка не заболеет. Мертвые утки не летают. Возможно, так все и происходило в течение ста миллионов лет, прежде чем первый человек заболел гриппом.1705
Большинство уток заражаются еще будучи утятами. Исследования показывают: 30 % молодняка уток канадских озер являются активными разносчиками.1706 Утки выделяют такое огромное число титров вируса1707, что ученые смогли культивировать его прямо из ложки воды, взятой из озера.1708 В подходящих условиях вирус способен сохраняться в холодной воде годами.1709 Ученые считают, что при таких высоких концентрациях вируса, скорости его передачи1710 и стабильной окружающей среде миллионы уток в мире заражаются им в течение жизни.1711
Утки остаются зараженными недолго.1712 Большинство из них распространяет вирус всего в течение нескольких дней, но фекально-оральный способ передачи инфекции водными птицами достаточно эффективен, чтобы считать его основным в распространении вируса в течение тысячелетий.1713 Миллионы лет эволюции настолько приспособили паразита к его носителю, так называемой оптимально адаптированной системе, что вирус для уток кажется совершенно безвредным.1714 Вирус существует в «эволюционном застое» у водоплавающих птиц, 1715 оставаясь неизменным, несмотря на скорость активных мутаций.1716
Вирусы гриппа не склонны вызывать какие-либо новые мутации у уток, потому что те стали для них идеальной нишей. Например, акулы не менялись на протяжении ста миллионов лет, даже когда вокруг них развивались другие виды. Почему? Возможно, потому, что акулы стали совершенными безжалостными убийцами.1717 Точно так же и эволюция не способна значительно усовершенствовать грипп. В попытке распространяться быстрее и дальше вирус продолжает порождать миллионы мутантов в диких утках, но, поскольку взаимоотношения вирус – утка кажутся настолько безупречно отлаженными, любое девиантное вирусное потомство является менее устойчивым и погибает. Вирус достиг максимальной эффективности и встречается повсеместно среди водных видов птиц по всему миру.1718
Поскольку в своем естественном состоянии вирус гриппа так хорошо приспособлен к своему водному носителю, он не только не вредит ему, но и не способен вызвать серьезные заболевания у людей. В медицинской литературе описывается всего два случая заражения человека вирусами дикой птицы. Один случай был связан с женщиной, которой в глаз попала соломинка, пока та убирала в утятнике,1719 а второй произошел с лаборантом, когда на него чихнул зараженный морской котик.1720 Несмотря на прямой посев вируса, самое страшное, что мог сделать грипп, – вызвать слабый самокупирующийся конъюнктивит.1721 По всей видимости, вирусы утиного гриппа не очень хорошо развиваются у людей (или у других приматов), а вирусы гриппа человека плохо развиваются у уток.1722
Ученые даже попытались заразить добровольцев вирусом водоплавающих птиц, но безрезультатно. Подопытные вдыхали огромные дозы вируса – достаточные, чтобы заразить до миллиарда птиц, – но в большинстве случаев вирус не распространялся. А если какой-то эффект и проявлялся, то обычно вызывал не более чем временную локальную реакцию.1723 Все потому, что эволюционная пропасть между утиным кишечником и легкими человека настолько широка, что в качестве трамплина, как полагают ученые, вирусу необходим промежуточный носитель.1724 И как сказал представитель Национального центра защиты от экзотических болезней животных и зоонозных заболеваний при Министерстве внутренней безопасности США, вероятно, птица и будет таким носителем.1725
По словам голландского вирусолога Альберта Остерхауса, вирусы птичьего гриппа только «разгораются», переходя от диких птиц к домашним.1726 Доктор Э. Фуллер Торри, директор Института медицинских исследований им. Стэнли, и доктор Роберт Х. Йолкен, нейровирусолог из Школы медицины Университета Джонса Хопкинса, в своей книге «Чудища Земли: животные, люди и болезни» (Beasts of the Earth: Animals, Humans, and Disease) сделали следующий вывод: «Если бы люди не одомашнили уток, то мы могли бы даже не знать о существовании гриппа».1727
Хотя в какой-то короткий период отдаленные озера Канады и могут кишеть вирусом,1728 домашние утки, выращиваемые круглый год на рисовых полях Южного Китая, представляют еще большую опасность для человека, и это приводит к тому, что Шортридж называет «вирусным винегретом» из стоячей воды и утиных фекалий.1729 По данным Центра продовольственной безопасности и общественного здравоохранения Университета штата Айова, «люди изменили естественные экосистемы птиц, выращивая их в неволе, одомашнивая, используя промышленное сельское хозяйство и нетрадиционные методы выращивания. Это создало новые ниши для вирусов птичьего гриппа».1730 Совокупность таких факторов, как самая большая концентрация вируса в мире, одомашнивание птиц и свиней, которые могли послужить промежуточной ступенью, могла привести к тому, что грипп перешел к человеку.1731
Для вируса, идеально приспособленного к кишечнику дикой водоплавающей птицы, человеческое легкое совсем не похоже на его родной дом. Как грипп, передающийся через воду кишечный вирус утиной инфекции, оказался в кашле человека? Представьте, что зараженную утку везут на рынок домашней птицы. Утка втиснута в высоко стоящую клетку, от которой во все стороны разлетается зараженный вирусом помет. Даже если на кого-то из перевозчиков или покупателей и попали зараженные фекалии, человек, скорее всего, будет неподходящим кандидатом для того, чтобы немутировавший вирус закрепился. Но что, если вирус попал на наземных птиц, например перепелов или кур? Наземные птицы не являются естественными носителями гриппа,1732 но вирус достаточно легко распознает их, чтобы заразить. Затем вирус сталкивается с проблемой, и ее решение может стать опасным для здоровья человека.
Все вирусы должны распространяться или умирать. Словно рыба без воды, вирус гриппа, оказавшись в кишечнике курицы, больше не может свободно и легко распространяться в воде. Он перестает быть вирусом, передающимся через воду. Хотя вирус все еще может распространяться через фекалии, когда куры клюют помет друг друга, на открытом воздухе он должен лучше противостоять обезвоживанию.1733 Предположительно он также должен адаптироваться к новой температуре тела и кислотности новой среды.1734
В целом у водоплавающих птиц вирус был и есть в эволюционном застое.1735 Но, будучи заброшенным в новую среду, он начинает быстро мутировать, пытаясь приспособиться к новому носителю.1736 Мутировать или умереть!1737 И к счастью для вируса, с мутациями он справляется лучше всего.1738 А при наличии достаточного количества времени и носителей для мутации вирус птичьего гриппа может научиться проникать в другие органы в поисках нового способа передвижения. Иногда он находит легкие.
Находясь внутри утки, вирус контролирует себя. Он выбирает здорового носителя, способного перелететь с одного озера на другое. Чтобы защитить своего естественного переносчика, вирус развивает встроенный бесперебойный механизм, позволяющий размножаться только в кишечнике, чтобы не заражать другие ткани и не навредить утке. Для предотвращения размножения вируса за пределами пищеварительного тракта миллионы лет эволюции породили шаг активации.
Прежде чем вирус станет заразным, должен расщепиться его гемагглютинин. В этом процессе участвует ряд ферментов, которые есть только в определенных тканях, таких как кишечный тракт. В своем естественном состоянии вирус гриппа получает разрешение носителя на заражение ткани. Ограниченное распределение в организме определенного фермента расщепления удерживает вирус в безопасных границах кишечника. Вирус не сможет размножаться в мозге или других жизненно важных органах, в которых нет специфического фермента расщепления, необходимого для активации. Похоже, что именно таким способом вирус наложил на себя ограничения, эволюционируя в безобидный штамм для лучшей передачи и распространения своих генов.1739 Но, как только он превращается во что-то незнакомое, правила резко меняются. Исследователи показали, что H5N1 проникает в популяции кур в виде кишечного вируса, но выходит в большей степени респираторным вирусом.1740 Птичий грипп попадает к курам как водный вирус, но может перетекать в форму гриппа, передающегося воздушно-капельным путем.
Оказавшись на чужой территории, вирусу приходится находить новые пути распространения, и, кроме всего прочего, он сталкивается с враждебной иммунной защитой и сражается за жизнь. «Либо ты, либо я», – думает вирус, и поэтому в некоторых случаях может устранить иммунологическую реактивность, ограничивающую его в кишечнике. Со временем гемагглютинины вирусов H5 и H7 могут мутировать, и ферменты активируют их в любом органе, что позволяет вирусу процветать и фактически разрушать птицу изнутри («гриппбола», явление высокопатогенного птичьего гриппа).1741
Конечно же, вирусы не думают. Это пример высокоскоростного естественного отбора. Даже в утках вирусы гриппа похожи на рой мутантов, каждый из которых немного отличается от остальных. Однако с незапамятных времен один и тот же усовершенствованный безвредный мутант снова и снова побеждал остальных. Смертоносные мутанты оказываются на берегу в умирающей птице и никогда не смогут размножаться в других местах.
Вирусы, как и другие паразиты, склонны к схожему вектору развития. Только будучи загнанным в угол на новой враждебной территории, паразиту будет выгодно убить своего носителя. Вирус может столкнуться с тем, что биологи-эволюционисты называют «острой жизненной стратегией», в которой его единственный выбор может заключаться в том, чтобы быстро подавить носителя и закрепиться.1742
Сифилис, например, появился более пятисот лет назад как острое тяжелое, изнурительное заболевание, но развился в более легкую хроническую форму. Известный в эпоху Возрождения в Европе как Великая оспа, он, как и проказа, покрывал лица своих жертв язвами, образуя большие абсцессы. В источнике того времени сифилис описывали так: «Тонким слоем покрывали волдыри промежность, выплескивая, подобно фонтанам на Пьяцца Навона, наружу гнойные струи».1743 Однако вирулентность заболеваний, передающихся половым путем, может не способствовать их передаче. Ярко выраженные проявления, такие как провалившийся нос, могут предупредить (и отвадить) потенциальных половых партнеров, уменьшая селективное преимущество агрессивных штаммов заболевания.1744
Наиболее хорошо изученным примером этого явления является преднамеренное введение вируса оспы кролика в Австралии. В 1950-х годах кролики были завезены для охоты, но в условиях отсутствия природных хищников быстро размножились на континенте.1745 Чтобы сократить их популяцию, ученые представили вирус оспы кроликов, полученный у вида бразильского кролика, в котором вирус развился в агрессивный симбиоз.1746 В течение года вирус распространился на тысячи километров во всех направлениях, убив миллионы кроликов, достигнув уровня смертности 99,8 %.1747 К несчастью для фермеров (но к радости кроликов), на второй год уровень смертности снизился до 90 %, а в итоге и вовсе упал до 25 %, что свело на нет попытки искоренить угрозу.1748
Вирусу оспы кроликов пришлось пойти на компромисс. На уровне отдельно взятого носителя в интересах вируса достичь максимальной вирулентности, размножения и разрушения, чтобы подавить иммунную защиту кролика в надежде распространиться на других особей. Если иммунная система победит, вряд ли вирус сможет передать свои гены. Склонность к максимальной вирулентности компенсируется необходимостью эффективной передачи вируса на численность популяции. Быстро победив носителя, вирус выиграл битву, но проиграл войну.1749
Если вирус убивает носителя слишком быстро, у него остается меньше возможностей для распространения как во времени, так и в пространстве. Так же как мертвые утки не летают, мертвые кролики не прыгают. Если фермеры не смогут втиснуть тысячи кроликов в какой-нибудь сарай, вирусные мутанты с меньшей летальностью могут получить общее преимущество, поскольку носитель может дольше жить и иметь больше шансов передать вирус. Для вируса это рискованная стратегия: если он станет слишком слабым, защита носителя может полностью его уничтожить. Естественный отбор преобразует этот эволюционный процесс, выбирая со временем вирус с идеальным балансом летальности и способностью к быстрому распространению.1750
Это не всегда означает переход к меньшей вирулентности. «Если хищные варианты патогенной популяции продуцируют и выводят доброкачественные патогены, – писал один из основоположников эволюционной медицины, – то мирное сосуществование и долговременная стабильность могут быть в значительной степени нарушены, поскольку это часто исключается в системах хищник – жертва».1751 H5N1 в данном случае оказался хищником. Вирус гриппа, оказавшись запертым в носителе, таком же незнакомом, как курица, склонен по максимуму преодолевать защитные механизмы птицы.1752 Чем опаснее, тем лучше. Видите закономерность? Если вирус убьет курицу слишком быстро, как он сможет заразить других? Введите технологии интенсивного птицеводства. Если клюв каждой следующей птицы будет находиться в нескольких сантиметрах, у вируса будет меньше препятствий для эволюционирования в серьезный грипп.
«В попытках упорядочить методы ведения сельского хозяйства для производства количества мяса для большего числа людей мы непреднамеренно создали условия, благодаря которым безвредный паразит диких уток может превратиться в свирепого убийцу людей», – говорят Роберт Х. Йолкен, нейровирусолог Университета Джона Хопкинса, и Э. Фуллер Торри, директор Института медицинских исследований им. Стэнли.1753
Как я уже говорил, исходно все вирусы птичьего гриппа не представляют никакой опасности, возникая из постоянного плодородного стабильного источника безобидного гриппа, передающегося водным путем. Они начинаются с вируса птичьего гриппа с низким уровнем патологии и низкой патогенности, или НППГ – низкопатогенного птичьего гриппа. Но если вы помните, вирусы H5 и H7 потенциально могут мутировать в вирулентные вирусы высокой патогенности чумы кур – высокопатогенный птичий грипп, или ВППГ.
Вирусы ВППГ не появляются естественным образом, они создаются. В своих оценках ВОЗ объясняет угрозы пандемии в 2005 году: высокопатогенные вирусы не появляются из природных водоемов. Они возникают в результате мутации, когда слабая форма вируса, находящаяся в дикой птице, попадает к домашней птице. Оказавшись у домашней птицы, стабильный до этого вирус начинает быстро эволюционировать и в течение неопределенного времени может мутировать в летальную версию того же изначально легкого штамма.1754
Ученые смоделировали эту трансформацию в лабораторных условиях. Американские и японские исследователи начали совместное изучение безвредного вируса, полученного у водоплавающей птицы, в данном случае речь идет о вирусе H5N3, полученном у американского лебедя, и его дальнейшем последовательном вживлении курам. Сначала исследователи взяли суточных цыплят и впрыснули в их легкие миллионы инфекционных доз. В течение следующих нескольких дней вирус начинал приспосабливаться к дыхательным путям цыплят, а вирусный мутант, который методом проб и ошибок лучше всего научился подрывать иммунную систему детенышей, доминировал. Через три дня цыплята были умерщвлены, их легкие измельчены, а вирусная суспензия из легких была впрыснута в горло других цыплят. Вирусу дали несколько дней для дальнейшей адаптации, прежде чем повторить цикл еще двадцать раз.
Умертвив последнюю партию цыплят, ученые измельчили их мозг вместо легких и заразили еще пять дополнительных партий здоровых цыплят этой массой. С каждым этапом вирус все более искусно подавлял и обходил иммунную систему птиц, чтобы лучше выживать и процветать в новой среде.
Пройдя двадцать циклов через легкие и пять циклов через мозг, конечная проба зараженного мозга впрыскивалась в ноздри здоровых взрослых кур. Если бы в ноздри был впрыснут исходный вирус лебедя, он бы не навредил птицам, но грипп быстро учится. К восемнадцатому циклу легкий вирус мог убить половину цыплят, на которых воздействовал. После последних пяти циклов вируса – каждого. Исследователи пришли к такому выводу: «Эти результаты показывают, что невирулентные [безвредные] вирусы птичьего гриппа могут стать патогенными при повторном пассировании у цыплят».1755
Если бы сумасшедшие ученые хотели создать вирус птичьего гриппа беспрецедентной мощности, они могли бы циклично пропускать его через кур. Представьте, что серийный пассаж был сделан не двадцать раз, а двадцать тысяч раз. Какого монстра вы получите на выходе?
МЭБ и Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН согласны с тем, что было «доказано»,1756 что как только вирусы НППГ попадают на птицеводческие фабрики, они «постепенно становятся патогенными для домашних птиц в результате цикла инфицирования, пока не станут вирусами ВППГ».1757 Тем не менее вирусы смертельного птичьего гриппа, как правило, возникают не при любом птицеводстве. По словам исследователей Министерства сельского хозяйства США, именно «методы выращивания животных в условиях высокой плотности» дают птичьему гриппу «уникальный шанс адаптироваться к новым видам».1758 Современные интенсивные методы ведения сельского хозяйства могут убрать естественные препятствия передачи вируса, которые не позволяют ему стать слишком опасным.
Дэвид Суэйн, ведущий исследователь птичьего гриппа и директор главной исследовательской лаборатории Министерства сельского хозяйства США по птицеводству, является автором более двухсот научных публикаций о птичьем гриппе.1759 По его словам, нет ни единого зарегистрированного случая появления вируса ВППГ у домашней птицы в частном подворье или в хозяйствах со свободновыгульным содержанием птицы. И в этом нет ничего удивительного.
Представьте себе: экскременты летящей утки, зараженные относительно безобидным вирусом, падают в траву, которую мирно клюет стая кур. Куры могут быть подвержены воздействию вируса, но передавшийся непосредственно от водоплавающих птиц вирус настолько хорошо настроен на физиологию утки, что может не закрепиться в организме курицы, пока иммунная система здоровой курицы его не уничтожит. Вот почему в лаборатории исследователи вводили зараженную легочную ткань одной птицы к другой, чтобы облегчить передачу инфекции. «Условия, при которых мы генерировали высоковирулентные вирусы из авирулентного штамма, как правило, не встречаются в природе, – признала исследовательская группа. – Тем не менее у кур с физическими отклонениями вирусы с низкой патогенностью могут вызывать вирусемию».1760 Вирусемия означает успешное попадание вируса в кровоток, начало заболевания, которое, вероятнее всего, поражает носителей с ослабленной иммунной системой.
Если стая и правда заразится, вирус все еще должен продолжать распространяться, чтобы выжить. Солнечные лучи быстро убивают вирус гриппа, а ветер полностью его обезвоживает. Он имеет ограниченную способность эффективно передаваться от одной курицы к другой на открытом воздухе. В малонаселенных местах может просто не хватать восприимчивых носителей, из-за чего появятся более серьезные адаптивные мутации, которые не просто взбудоражат парочку пернатых. В 1961 году1761 в Южной Африке произошла смертельная вспышка вируса среди диких морских птиц, а в 2004 году1762 то же самое повторилось на двух страусиных фермах. Редкие вспышки высокопатогенных вирусов птичьего гриппа датируются более столетия назад, 1763 но, похоже, это исключения из правил.1764 По словам эксперта по птичьему гриппу Денниса Александра из Центральной ветеринарной лаборатории Великобритании, высокопатогенные вирусы гриппа «никогда не возникали в стаях, находящихся вне дома», за исключением, возможно, страусов.1965
А теперь представьте сценарий безумного ученого. Десятки тысяч кур забиты в грязный птичник размером с футбольное поле и живут клюв к клюву в собственных отходах. В воздухе стоит спертая влажная фекальная пыль с аммиаком, которая раздражает дыхательные пути птиц, еще больше повышая восприимчивость кур, которые уже и так ослаблены от стресса в заключении. Поскольку птицы уже стоят в собственных экскрементах, вирусу даже не нужно развивать способность передаваться воздушнокапельным путем через носовые или дыхательные выделения. Он может выделяться с калом, а затем тысячи других птиц, находящихся в сарае, будут вдыхать или глотать его, что позволяет вирусу быстро и многократно циркулировать. При таком большом количестве птиц, в которых вирус может найти убежище для мутаций, низковирулентные штаммы могут иногда превращаться в смертельные. Решающую роль может также играть доза вируса, передаваемого от одной птицы к другой.
Эрл Браун специализируется на эволюции гриппа. Он исследует то, как вирус приобретает вирулентность и адаптируется к новым видам. В знаковом исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, он показал, что «группа из 11 мутаций может преобразовать авирулентный вирус в вирулентный вариант, который убивает при минимальной дозе». Вместо изучения вирусов водоплавающих птиц на цыплятах он изучал вирусы человека у такого же неестественного носителя – мышей. Их можно экспериментально заразить штаммами человеческого гриппа, но при этом мыши не заболевают. Вирус приспособлен к захвату и уничтожению клеток человека, а не клеток мыши.
Как правило, человеческие вирусы настолько плохо размножаются у мышей, что их иммунная система уничтожает вирус еще до того, как он сможет вызвать хотя бы насморк. Но если вы капнете человеческий вирус непосредственно в ноздри мыши, а затем измельчите ее легкие и капнете инфицированную вирусом легочную ткань в нос другой мыши, а потом повторите цикл всего двенадцать раз, вирус, несмотря на то что все начиналось совершенно безобидно, начнет вызывать у мышей смертельную пневмонию.1766
Исследователи обнаружили, что основной причиной увеличения вирулентности может быть размер инфекционной дозы, которая передается от одного животного к другому. Скорее всего, среди массы вирусных мутантов, находящихся в легких каждой инфицированной мыши, немногие способны к «интенсивной эксплуатации носителя»,1767 но если эти мутанты не смогут попасть в другую мышь, то будут уничтожены вместе с остальными. Таким образом, даже если зараженная мышь утерла бы нос другой мыши и перенесла небольшое количество инфекции, мало вероятно, что несколько вирулентных мутантов попадут в следующую мышь. Ввиду особенностей характера распространения гриппа большинство мутантов могут оставаться относительно неэффективными, поэтому небольшая перенесенная доза может фактически привести к потере активности вируса.1768 Таким образом, важно не только количество животных, между которыми переносятся дозы вируса, но и сам размер дозы. Чем больше вирусов будет передано или перенесено от одного животного к другому, тем больший выбор будет у естественного отбора.
Профессор Браун сравнил эту ситуацию с попыткой выиграть в лотерею. Если вы покупаете несколько билетов за раз, шанс сорвать джекпот невелик. А если вы купили все билеты? Эволюция гипервирулентности, наблюдаемая у таких вирусов, как H5N1, может потребовать огромной концентрации вируса, наблюдаемой только в уникальных обстоятельствах – при искусственной инокуляции в лаборатории, или заражении животных, содержащихся в собственных отходах, где огромные дозы передаются через тысячи носителей (то, что Браун называет «сутью» развития максимальной вирусной вирулентности).1769 Высокопатогенные вирусы птичьего гриппа – это прежде всего продукты промышленного сельского хозяйства.1770