Глава седьмая

Никто и никогда доподлинно не узнает, действительно ли пандемия гриппа 1918–1919 гг. началась в округе Хаскелл штата Канзас. На этот счет есть и другие гипотезы. Однако Фрэнк Макфарлейн Бёрнет, австралийский вирусолог и нобелевский лауреат, переживший испанку и всю жизнь изучавший грипп, позже пришел к выводу, что имеющиеся данные «убедительно свидетельствуют», что пандемия гриппа 1918 г. началась в Соединенных Штатах, а его распространение было «тесно связано с условиями военного времени, а в особенности с прибытием американских военных во Францию». С Бёрнетом согласны и многие другие ученые. Действительно, есть все основания утверждать, что первая крупная вспышка гриппа в Америке произошла именно в Кэмп-Фанстон, а постоянные перемещения людей между зараженным Хаскеллом и Кэмп-Фанстон достаточно однозначно указывают на Хаскелл как на первичный очаг инфекции.

Однако для того, чтобы понять, что произошло дальше (вне зависимости от того, где началась пандемия), надо сначала разобраться, что такое вирусы и что такое популяции вирусов-мутантов — квазивиды.

Собственно, вирусы, существующие как бы на обочине жизни, и сами по себе загадка. Это не просто очень маленькие бактерии. Бактерии представляют собой одноклеточный организм — то есть они живые. У бактерии есть обмен веществ, ей нужна пища, она выделяет отходы и размножается делением.

Первая волна вируса прокатилась по военным базам: солдаты жили в казармах в условиях повышенной скученности, невзирая на отчаянные протесты Уэлча и начальника медицинского управления армии Уильяма Горгаса. На снимке армейский госпиталь экстренной помощи.

Вирусы — сами по себе — не едят, не потребляют кислород для производства энергии. Они не участвуют ни в одном процессе, который можно было бы назвать метаболическим. Вирусы не выделяют отходов. У них нет пола. Они не синтезируют никаких побочных соединений — ни случайно, ни целенаправленно. Они не умеют даже независимо размножаться. Таким образом, вирус — это нечто меньшее, чем полноценный живой организм, но и нечто большее, чем инертный агрегат химических соединений.

Существует несколько гипотез их происхождения, и не все из них взаимоисключающие. В поддержку каждой гипотезы существуют веские аргументы, и вполне возможно, что разные вирусы возникали разными путями.

Есть ученые (их меньшинство), считающие, что вирусы возникли независимо — как наиболее примитивные молекулы, способные к самовоспроизведению. Если это так, то, значит, из них могли развиться более сложные формы жизни.

Однако большинство вирусологов придерживаются противоположного мнения: вирусы возникли как более сложные — клеточные — организмы, а затем развились, или, точнее сказать, регрессировали, в более простые структуры. Такая гипотеза, пожалуй, подтверждается строением некоторых организмов, таких, например, как риккетсии — внутриклеточные паразиты. В прошлом риккетсии приравнивали к вирусам, но теперь ученые полагают, что эти существа занимают промежуточное положение между вирусами и бактериями. Считается, что в какой-то момент своей эволюции риккетсии утратили некоторые функции, необходимые для независимого существования. Палочки Хансена — возбудители лепры (проказы) — тоже, как представляется, утратили свою былую сложность: жизненно важных функций в ходе движения к простоте стало меньше. Есть и третья гипотеза: некоторые ученые полагают, что вирусы когда-то были частью клетки, одной из ее органелл, а затем отделились от нее и начали развиваться самостоятельно.

Но вирусы, каково бы ни было их происхождение, обладают только одной способностью — способностью к саморепликации. Однако, в отличие от других форм жизни (если считать вирус формой жизни), вирус делает это не самостоятельно. Он проникает в клетки, обладающие энергетическими ресурсами, а затем, словно незваный кукловод, подчиняет их себе и заставляет продуцировать тысячи, а порой и сотни тысяч новых вирусов. Это у него в генах.

У большинства живых существ гены располагаются вдоль длинной нитевидной молекулы ДНК — дезоксирибо- нуклеиновой кислоты. Однако многие вирусы — включая вирусы гриппа, иммунодефицита человека и коронавирусы — кодируют свои гены в РНК, рибонуклеиновой кислоте: это более простое, но при этом менее устойчивое соединение.

Гены можно уподобить компьютерной программе: если последовательность битов в компьютерном коде сообщает компьютеру, что он должен делать — запустить текстовый редактор, игру или поиск в интернете, то гены сообщают клетке, что она должна делать.

Компьютерный код пишется на двоичном языке, в нем всего два символа. Генетический код использует язык, в алфавите которого четыре буквы — A, G, C и T, каждая из которых представлена особым химическим соединением — аденином, гуанином, цитозином и тимином (в ДНК; в РНК тимин замещается другим соединением — урацилом).

ДНК и РНК представляют собой цепи из этих соединений, последовательно связанных друг с другом. Грубо говоря, это просто очень длинные последовательности букв. Иногда эти буквы не составляются ни в слова, ни в предложения, то есть не имеют никакого смысла: действительно, 97% человеческой ДНК не содержит генов. Это так называемая «мусорная» ДНК.

Но если из букв складываются осмысленные слова и предложения, значит, получившаяся последовательность по определению является геном.

Когда находящийся в клетке ген активируется, он приказывает клетке начать синтез определенных белков. Белки могут использоваться тканями как «кирпичи», строительные блоки. (Белки, которые мы едим, как правило, идут именно на «строительство» тканей.) Но белки также играют чрезвычайно важную роль в большинстве протекающих в организме химических реакций, а также выступают в роли сигналов начала и прекращения различных процессов.

После успешного проникновения в клетку вирус встраивает свои гены в ее геном, после чего вирусные гены перехватывают «командование», отключая активность генов клетки. Внутриклеточные механизмы начинают делать то, что нужно вирусным генам, а не то, что необходимо клетке для себя.

Так клетка начинает производить сотни тысяч вирусных белков, которые, связываясь с новыми копиями вирусного генома, образуют новые вирусы. После этого вирусы покидают клетку. Клетка-«хозяйка» в ходе этого процесса почти всегда погибает — как правило, в тот момент, когда вирусы разрывают клеточную мембрану и вырываются наружу, чтобы атаковать другие клетки.

И хотя вирусы выполняют только одну задачу, их нельзя назвать простыми. Они не просты и не примитивны. Эти высокоразвитые, изящные в своей целеустремленности сущности выполняют свои функции более эффективно, чем какие бы то ни было другие живые — по-настоящему живые — существа. Вирусы стали почти совершенными инфицирующими организмами. А самые совершенные вирусы — без сомнения, вирусы гриппа.

Луис Салливан, первый из плеяды великих современных архитекторов, заявлял, что форма вытекает из функции.

Чтобы разобраться в вирусах — или, что одно и то же, разобраться в биологии, — надо приучиться мыслить как Салливан: не языком слов (они просто дают имена всему на свете), а языком трехмерного пространства, языком контуров и форм.

Дело в том, что в биологии — а особенно в клеточной и молекулярной биологии — практически любая активность зависит, строго говоря, от формы, от физической структуры, от того, что мы называем «стереохимия».

«Буквы» алфавита этого языка — пирамиды, конусы, шипы, грибы, призмы, гидры, зонтики, сферы, ленты и прочие фигуры, которые переплетаются между собой в любых мыслимых сочетаниях, как на гравюрах Эшера. Каждая форма выписана в изящных и абсолютно точных деталях, и каждая форма несет в себе сообщение.

По сути, все, что присутствует в организме, будучи при этом его частью или нет, либо представляет своей поверхностью какую-либо форму, имеет на ней какую-либо отметину, содержит в своем составе какой-либо фрагмент, идентифицирующие сущность как нечто уникальное, либо само является формой и сообщением. (В нашем случае мы имеем дело с чистым сообщением, чистой информацией, что прекрасно соответствует наблюдению культуролога Маршалла Маклюэна: «Носитель и есть сообщение».)

Расшифровка такого сообщения сродни чтению шрифта Брайля: это очень личное взаимодействие, зависящее от контакта и чувствительности. Все в организме «общается» именно таким способом — посылая и получая сообщения посредством контакта.

Такие взаимодействия напоминают попытки сопоставить круглый колышек и круглое отверстие. Если они соответствуют по размеру, то колышек «связывается» с отверстием. Конечно, многое в организме устроено сложнее, чем колышки и отверстия, но смысл именно такой.

Внутри организма клетки, белки, вирусы и так далее постоянно и непрерывно сталкиваются между собой, входя в физический контакт друг с другом. Когда «выступы» на поверхности этих структур не соответствуют друг другу по форме, движение продолжается. Ничего не происходит.

Но если поверхностные метки так или иначе сочетаются, дополняя одна другую, взаимодействие образований становится более тесным, более «личным»: если они достаточно хорошо соответствуют, то «связываются». Иногда это простое соответствие — как у круглого колышка и круглого отверстия. В этом случае соединение оказывается нестабильным — две структуры могут легко разойтись. Иногда сцепление оказывается более прочным — как простой ключик, вставленный в простой замок на дверце шкафа. А иногда соответствие бывает очень сложным по конфигурации и очень прочным, как у сложного ключа, точно подходящего к сложному замку.

После такого «связывания» разворачиваются дальнейшие события. Все меняется. Организм реагирует на взаимодействие. Результаты могут быть столь же впечатляющими (или разрушительными), как любовь, ненависть или насилие.

Существуют три типа вирусов гриппа — A, B и C. Вирусы типа C редко вызывают заболевания у людей. Вирусы типа B могут поражать людей, но не вызывают эпидемий. Только вирусы типа A вызывают эпидемии или пандемии: эпидемия — это вспышка, затрагивающая какой-либо населенный пункт или страну, а пандемия — это заболевание, охватывающее весь мир.

Происхождение вируса гриппа не связано с человеком. Его естественный резервуар — птицы, и среди птиц циркулирует гораздо больше разновидностей вируса гриппа. Но проявляется болезнь у птиц и людей по-разному. У птиц она поражает желудочно-кишечный тракт. Птичьи экскременты содержат вирус гриппа в большом количестве и заражают им озера и другие источники воды.

При массивной экспозиции человек может заразиться птичьим вирусом непосредственно, но не сможет передать вирус другому человеку. Правда, не сможет только в том случае, если вирус не изменится, не адаптируется к человеку. Такое случается редко, но все же случается. Вирус может перейти от птиц к промежуточному хозяину — млекопитающему: например, поразить свиней, а уже затем «перепрыгнуть» на людей. Как только новый вариант вируса гриппа адаптируется к людям, он приобретает способность быстро распространяться по миру, угрожая пандемией.

Пандемии зачастую распространяются волнами, и кумулятивная «заболеваемость» — число людей, заболевших в результате всех волн, вместе взятых, — нередко превышает 50%. Один именитый вирусолог считает грипп настолько заразным, что называет его «особым случаем» среди инфекционных болезней: по его словам, грипп «передается настолько эффективно, что эпидемия не заканчивается, пока не истощаются "запасы" восприимчивых потенциальных хозяев».

Вирус гриппа и другие вирусы (но не бактерии) все вместе являются причиной около 90% всех респираторных инфекций, включая и ангину.

Коронавирусы (одна из причин простуды, а также атипичной пневмонии), вирусы парагриппа и многие другие вирусы вызывают симптомы, напоминающие симптомы гриппа, с которым их легко спутать. В результате люди называют все эти заболевания одним собирательным словом «простуда» и довольно беспечно к ним относятся.

Но грипп — это не просто «плохая» простуда. Это специфическое заболевание с особым набором симптомов и уникальными эпидемиологическими признаками. У человека вирус гриппа непосредственно атакует только дыхательную систему, и чем глубже он проникает (на бронхи и легкие), тем опаснее становится. Косвенно грипп поражает и другие части организма: даже легкая инфекция может вызвать боль в мышцах и суставах, сильную головную боль и упадок сил. Бывают у гриппа и более серьезные осложнения.

В подавляющем большинстве случаев жертвы гриппа полностью поправляются в течение десяти дней. Отчасти поэтому, а отчасти в связи с тем, что его легко спутать с обычной простудой, грипп редко вызывает у людей беспокойство.

Но если вспышка и не смертоносна в целом, вирус все равно почти всегда кого-нибудь убивает — даже самые «щадящие» его разновидности. Согласно современным данным Центров по контролю и профилактике заболеваний в США, грипп в среднем убивает 36 тысяч американцев в год.

Но грипп не только эндемическая болезнь — то есть болезнь, которая все время циркулирует среди населения. Она может приобретать форму эпидемий и пандемий. А вот пандемии могут стать смертоносными — иногда во много раз более смертоносными, чем эндемические заболевания.

На протяжении всей истории человечества время от времени случались пандемии гриппа — как правило, несколько раз за столетие. Пандемии вспыхивают, когда возникают новые вирусы гриппа. А природа вируса гриппа делает появление новых вирусов неизбежным.

Сам по себе вирус — это всего лишь мембрана, своего рода оболочка, в которую завернут геном: восемь генов, определяющих, что это за вирус. Обычно (но не всегда) вирус имеет сферическую форму, диаметр которой не превышает 1/10 000 миллиметра. Выглядит вирус гриппа как одуванчик: сфера покрыта отростками двух типов.

Эти отростки и обеспечивают механизм вирусной атаки. Эта атака и оборонительная война, которую ведет против вируса организм, — типичные примеры того, как контуры и формы определяют исход процесса.

Отростки, напоминающие соцветия брокколи, состоят из гемагглютинина. Когда вирус сталкивается с клеткой, гемагглютинин соприкасается с молекулами сиаловой кислоты, которые выступают над поверхностью клеток дыхательных путей.

Формы гемагглютинина и сиаловой кислоты соответствуют друг другу подобно ключу и замку, и гемагглютинин «связывается» с сиаловой кислотой, со своим «рецептором», входя в него как рука в перчатку. Когда вирус усаживается на клеточную мембрану, еще больше гемагглютининовых шипов связываются с еще большим количеством молекул сиаловой кислоты: вирус ведет себя как пиратский корабль, с которого на корабль-жертву забрасывают множество абордажных крючьев. После завершения «связывания» вирус решает свою первую задачу — он «адсорбируется», то есть прочно прикрепляется к клетке-мишени. Этот этап — начало конца клетки и начало успешного вторжения вируса.

Очень скоро в клеточной мембране под вирусом образуется углубление, и благодаря ему вирус полностью проскальзывает в клетку в виде пузырька — везикулы. (Если по какой-то причине вирус гриппа не может проникнуть сквозь клеточную мембрану, то отсоединяется от нее, а затем связывается с другой клеткой, в которую сумеет проникнуть. Немногие вирусы на это способны.)

После проникновения в клетку вирус гриппа не сливается с клеточной мембраной, как это делают многие другие вирусы, а прячется внутри клетки от иммунной системы. Поэтому иммунитет не может его найти, распознать и уничтожить.

Внутри клетки происходит изменение контуров и формы этого пузырька, этой везикулы — у вирусных гемагглютининов в кислой среде клетки возникают новые возможности. Под действием повышенной кислотности пузырек расщепляется надвое, а затем воссоединяется, приняв совершенно иную форму. Это все равно что снять носок с ноги, вывернуть его наизнанку и засунуть внутрь кулак. После этого клетка обречена.

Обнажившаяся часть гемагглютинина взаимодействует с пузырьком, и мембрана вируса начинает растворяться. Вирусологи называют это «раздеванием» вируса и его «слиянием» с клеткой. Вскоре гены вируса высвобождаются в клетку, а затем проникают в клеточное ядро и берут «командование» на себя. Клетка начинает продуцировать белки вируса вместо собственных. В течение нескольких часов эти белки комплектуются вновь синтезированными копиями вирусного генома.

В это время другие отростки на поверхности вируса, состоящие из нейраминидазы, выполняют свои особые функции. На электронных микрофотографиях видно, что у нейраминидазы есть головка-«коробочка», располагающаяся на тонком стебле, а к головке прикреплены структуры, напоминающие четыре одинаковых пропеллера с шестью лопастями. Задача нейраминидазы заключается в разрушении сиаловой кислоты, остающейся на поверхности пораженной клетки. Разрушаясь, кислота теряет способность связывать вирусы гриппа.

Это очень важная функция. В противном случае новообразованные вирусы, покидая уничтоженную клетку, могли бы застрять на ее поверхности — так мухи приклеиваются к липучке. Мертвая клетка связала бы их, помешав дальнейшему распространению. А нейраминидаза гарантирует, что новые вирусы смогут покинуть эту клетку и вторгнуться в другие. Опять-таки — очень немногие вирусы умеют нечто подобное.

От момента связывания вируса с клеткой до ее взрыва проходит около десяти часов, хотя возможны колебания — чаще в сторону уменьшения. После этого рой вирусов в числе от 100 тысяч до 1 миллиона покидает разрушенную клетку.

И слово «рой» здесь более чем уместно — по ряду причин.

* * *

Всякий раз, когда клетки организма воспроизводятся, гены стараются создавать свои точные копии. Но иногда в процессе копирования происходят ошибки — мутации. Это верно в отношении любых генов, кому бы они ни принадлежали — людям, растениям, вирусам. Но чем более сложным и высокоорганизованным является организм, тем больше у него механизмов, предупреждающих мутации. Человек мутирует с меньшей скоростью, чем бактерия, а бактерия с меньшей скоростью, чем вирус, причем вирусы, содержащие ДНК, мутируют медленнее, чем РНК-содержащие вирусы.

ДНК располагает своего рода встроенным механизмом контроля мутаций, позволяющим сократить число ошибок при копировании. У РНК такого механизма нет, поэтому она беззащитна перед мутациями. Таким образом, вирусы, использующие РНК для передачи своей генетической информации, мутируют намного быстрее (в 10 тысяч — 1 миллион раз), чем любой ДНК-содержащий вирус.

Разные РНК-содержащие вирусы также мутируют с различной скоростью. Некоторые мутируют так быстро, что вирусологи считают их не столько популяцией копий одного и того же вируса, сколько «квазивидом» (то есть кажущимися разновидностями) или «роем мутантов».

Эти «рои» содержат триллионы и триллионы близкородственных, но разных вирусов. Даже совокупность вирусов, образованных в одной клетке, содержит множество генетических версий исходного вируса, а весь рой — как целое — обычно содержит все мыслимые перестановки первоначального генетического кода.

Большинство этих мутаций нарушают работу вируса и либо просто его уничтожают, либо делают неспособным заражать. Но другие мутации, иногда затрагивающие всего одно основание, то есть одну букву кода, могут помочь вирусу легче адаптироваться к новым условиям. Именно эта приспосабливаемость объясняет, почему квазивиды — «рои мутантов» — могут быстро перемещаться туда-сюда между различными средами и так же быстро вырабатывают устойчивость к лекарствам. Как заметил один ученый, быстрые мутации «придают определенную случайность патологическим процессам, сопровождающим РНК-инфекции (вирусные)».

Грипп — это РНК-вирус. Такими же РНК-содержащими вирусами являются ВИЧ и коронавирус. Из всех РНК-содержащих вирусов быстрее других мутируют вирус гриппа и вирус иммунодефицита человека. Вирус гриппа мутирует так быстро, что 99% из 100 тысяч — 1 миллиона новых вирусов, разрывающих уничтоженную ими клетку и вырывающихся на свободу после репродукции, слишком «дефективные», чтобы инфицировать другие клетки или размножаться. Правда, есть еще от 1000 до 10 тысяч вирусов, которые могут инфицировать другие клетки.

Вирусы гриппа и иммунодефицита человека полностью подпадают под определение квазивида, или «роя мутантов». И в том и в другом случае мутации, вызывающие устойчивость к лекарствам, могут возникнуть в течение нескольких дней. При этом вирус гриппа размножается быстро, намного быстрее, чем ВИЧ. Следовательно, вирус гриппа и приспосабливается быстрее — иногда слишком быстро для того, чтобы успела среагировать иммунная система.