Новый бич

Вирус иммунодефицита человека и животные как источник заболеваний

Каждую неделю Центры по контролю и предотвращению заболеваний США (Centers for Disease Control and Prevention, CDC) выпускают тоненький бюллетень под названием «Еженедельный вестник заболеваемости и смертности» (Morbidity and Mortality Weekly Report). Выпуск от 4 июля 1981 г. содержал привычный набор из очевидного и таинственного. Среди загадочных материалов той недели был отчет из Лос-Анджелеса, где врачи заметили странное совпадение. С октября 1980 г. по май 1981 г. пятеро мужчин в городе были госпитализированы с одним и тем же редким заболеванием — пневмоцистной пневмонией.

Возбудитель пневмоцистной пневмонии — распространенный грибок под названием Pneumocystis jirovecii. Большинство людей вдыхают его многочисленные споры еще в детстве, но их иммунная система, как правило, убивает грибок и вырабатывает антитела, предотвращающие заражения в дальнейшем. Однако у людей со слабой иммунной системой P. jirovecii срывается с цепи. Легкие наполняются жидкостью и возникают уплотнения. Пневмоцистная пневмония вынуждает своих жертв бороться за каждый глоток кислорода, чтобы выжить.

Пятеро пациентов из Лос-Анджелеса не подпадали под типичные характеристики больных пневмоцистной пневмонией. Это были молодые люди, совершенно здоровые до того, как заболели. Комментируя отчет, редакторы бюллетеня предположили, что загадочные симптомы пятерых мужчин «указывают на возможность дисфункции клеточной составляющей иммунитета».

Они и не представляли себе, что публикуют первые наблюдения того, что впоследствии обернулось одной из самых смертоносных вирусных эпидемий в истории. Иммунную систему пятерых жителей Лос-Анджелеса подорвал вирус, который позже получит название ВИЧ — вирус иммунодефицита человека. Исследователи обнаружат, что к тому времени ВИЧ заражал людей без их ведома уже более пятидесяти лет. А теперь его взрывное распространение стало всемирной катастрофой. К 2019 г. им заразились 75,7 млн человек, из которых 32,7 млн умерли.

Смертность от ВИЧ тем более ужасает, что по сравнению с другими вирусами его трудно подхватить. Он не разносится по воздуху и не удерживается на поверхностях. Вирус способен передаваться лишь через определенные биологические жидкости, такие как кровь и сперма. В число наиболее типичных путей заражения входят незащищенный секс, роды и использование загрязненных игл при инъекциях.

Попав в человеческий организм, ВИЧ нагло атакует непосредственно иммунную систему. Он цепляется к определенным типам иммунных клеток, так называемым CD4-лимфоцитам, и в результате мембрана вируса сливается с мембраной Т-лимфоцита подобно тому, как мелкие мыльные пузырьки соединяются в более крупный. ВИЧ — ретровирус, а значит, встраивает свой генетический материал в ДНК клетки. Оттуда он командует клетке производить новые вирусы, которые могут выходить наружу и заражать другие CD4-лимфоциты.

Поначалу количество вирусных частиц взлетает до миллиардов. Но как только иммунная система распознает зараженные CD4-лимфоциты, она начинает их уничтожать, снижая численность популяции вируса. Для заразившегося человека эта битва ощущается как легкий грипп. Большую часть ВИЧ иммунная система уничтожает, но малой доле вирусов удается выжить. CD4-лимфоциты, в которых скрывается уцелевший ВИЧ, продолжают расти и делиться. Время от времени пораженный CD4-лимфоцит вырабатывает новую партию вирусных частиц, которые вырываются наружу, чтобы заразить очередные клетки. Иммунная система атакует эти новые волны вируса всякий раз, когда они накатывают на организм.

В конце концов эти циклы осады и отпора истощают иммунную систему. Она может сдаться через год, а может — через десять лет и более. После отказа иммунной системы человек больше не в состоянии сопротивляться заболеваниям, которые не способны причинить вред людям со здоровой иммунной системой — заболеваниям, подобным пневмоцистной пневмонии. Это ослабленное состояние получило название «синдром приобретенного иммунодефицита», сокращенно СПИД.

В 1983 г., через два года после того, как стали известны первые больные СПИДом, французские ученые впервые выделили у пациента со СПИДом ВИЧ и дальнейшие исследования подтвердили, что вирус является причиной этой болезни. Тем временем становилось все яснее, что СПИД не какое-то редкое заболевание немногочисленных жителей Лос-Анджелеса. Выявились новые случаи в США и за их пределами. Другие великие напасти, такие как малярия и туберкулез, — древние враги, губившие людей на протяжении тысячелетий. Однако ВИЧ прошел путь от полной безвестности к всемирному бедствию всего за несколько лет. Ученым понадобилось еще тридцать лет, чтобы разрешить эту эпидемиологическую загадку.

Первые подсказки дали больные обезьяны.

В приматологических центрах по всем США специалисты стали замечать животных с симптомами, напоминающими СПИД. Они задались вопросом, не заражаются ли обезьяны ВИЧ-подобным вирусом. В 1985 г. сотрудники Регионального приматологического центра Новой Англии проверили эту догадку, добавив антитела к ВИЧ в сыворотку крови больных обезьян. Если в крови у них был ВИЧ-подобный вирус, антитела могли прилипнуть к нему. Интуиция не подвела их — они сумели выловить ретровирусы из обезьяньей сыворотки. Новые ретровирусы получили название вируса иммунодефицита обезьян, или ВИО (англ. SIV). Некоторые из открытых учеными ВИО были лишь отдаленно родственны ВИЧ, другие находились с ним в более тесном родстве.

Разумеется, исследователям нужно было быть осторожными с выводами, так как вирус был обнаружен у обезьян, живущих в неволе. За пределами зоопарков и лабораторий вирус иммунодефицита обезьян мог встречаться редко или не встречаться вообще. Но поиск ВИО, поражающего диких приматов, был нелегкой задачей — ведь у животных не так просто взять кровь. Приматологи и вирусологи придумали способ выделять вирусные гены из мочи и фекалий, оставленных приматами на листьях или лесной подстилке.

Экспедиции показали, что более половины всех видов мартышкообразных и человекообразных обезьян Африки несут собственные штаммы ВИО. Сравнив гены этих штаммов, эволюционные биологи составили их генеалогическое древо. Они установили, что все ВИО происходят от предкового ретровируса, поразившего какую-то африканскую обезьяну миллионы лет назад. Вначале он распространялся в пределах этого исходного вида обезьян половым путем. Но затем он перепрыгнул на другие виды — возможно, когда обезьяны дрались за территорию до крови. Когда различные штаммы ВИО оказывались в одной и той же клетке, они могли обмениваться между собой генами и создавать совершенно новые штаммы.

Выделяя штаммы ВИЧ у пациентов со всего мира, ученые добавляют новые ветви к родословному древу вирусов. Так обнаружилось, что, как и подозревали ученые 1980-х, ВИЧ произошел от ВИО. Но у ВИЧ не единственный предок. Он возникал независимо как минимум 13 раз.

Первый намек на это множественное происхождение появился в 1989 г., когда ученые выделили вирус, чрезвычайно напоминающий ВИЧ, у дымчатого мангабея — вида мартышкообразных. Оказалось, что этот вирус, получивший название SIVsm, стоит ближе по родству к одним штаммам ВИЧ, чем к другим. В то время науке были известны два основных типа ВИЧ — ВИЧ-1 и ВИЧ-2. ВИЧ-1 встречается во всем мире, тогда как ВИЧ-2 — преимущественно в Западной Африке, где он вызывает намного менее агрессивную форму СПИДа. Первооткрыватели SIVsm установили, что он ближе к ВИЧ-2, чем к ВИЧ-1. В последующие годы были обнаружены другие штаммы SIVsm. Часть из них была ближе к определенным штаммам ВИЧ-2, чем остальные. Наилучшее объяснение этой эволюционной схемы состоит в том, что SIVsm передавался от дымчатых мангабеев людям не менее девяти раз. Никто не наблюдал эти девять переходов, но мы достаточно надежно представляем себе, как они происходили. В Западной Африке многие люди держат дымчатых мангабеев в качестве домашних питомцев. Распространена также охота на обезьян и торговля их мясом. Вирус получал возможность передаваться от дымчатых мангабеев людям всякий раз при контакте с их кровью: например, когда обезьяна кусала охотника или при разделке ее мяса. Тогда SIVsm мог заражать человеческие клетки, реплицироваться и приспосабливаться к новым видам хозяев.

Ни один из этих скачков не был особенно успешным. ВИЧ-2 размножается медленно и плохо передается от человека к человеку. По различным оценкам, все девять штаммов ВИЧ-2 вместе смогли заразить только 1–2 млн жителей Западной Африки. Исследователи, специально занимавшиеся вопросом, как ВИЧ-2 поражает человеческие клетки, нашли возможные объяснения его неудачливости. Например, когда новые частицы ВИЧ-2 готовы покинуть клетку, клетка вырабатывает петлеобразную молекулу белка тетерина, имеющую форму лассо.

ВИЧ-1 оказался гораздо успешнее в роли человеческого вируса, но на то, чтобы установить его происхождение, понадобилось гораздо больше времени. В 1999 г. специалисты, изучавшие шимпанзе, обнаружили новый ВИО, который был ближе штаммам ВИЧ-1, чем ВИЧ-2. Его окрестили SIVcpz. С открытием новых штаммов SIVcpz было установлено, что он возник из комбинации двух различных штаммов ВИО от разных видов мартышек. Шимпанзе, по-видимому, заражались вирусами, когда охотились на мартышек и ели их. За миллионы лет, распространяясь от шимпанзе к шимпанзе, SIVcpz дал различные штаммы в пределах своего ареала в Центральной Африке.

Ученые обнаружили, что SIVcpz эволюционировал в ВИЧ-1 четыре раза независимо. В двух случаях вирус передался непосредственно от шимпанзе к людям. В двух других вирус сначала перекинулся на горилл, а они распространили его дальше. В результате таких эволюционных скачков три раза возникали редкие штаммы ВИЧ-1. Но четвертый — начавшийся с шимпанзе в Камеруне — дал линию вирусов ВИЧ-1 группы M (от англ. main — главный), вызывающих 90% всех заражений ВИЧ-1.

По-видимому, ВИЧ-1 группы M стал более успешным паразитом человека, чем остальные разновидности ВИЧ. Ученые предполагают, что своим успехом он отчасти обязан взаимодействию с тетерином. В отличие от других штаммов ВИЧ, он выработал способность обрезать этот молекулярный аркан, что облегчило вирусу выход из наших клеток.

Хотя ученые не знали о ВИЧ до 1980-х гг., они подозревали, что эти переходы имели место намного раньше. Чтобы уточнить хронологию истории вируса, исследователи занялись поиском ВИЧ в образцах крови и тканей, взятых у пациентов задолго до открытия вируса. В 1998 г. Дэвид Хо и его коллеги из Рокфеллеровского университета нашли ВИЧ-1 группы M в образце 1959 г. Он был взят у пациента из Киншасы, столицы африканской страны Заир (ныне Демократическая Республика Конго). В 2008 г. Майкл Воробей и его коллеги из Аризонского университета обнаружили еще один образец ВИЧ-1 группы M в пробе тканей из другой анатомической коллекции в Киншасе, датируемой 1960 г.

Чтобы заглянуть еще глубже в прошлое, ученые расшифровали историю, закодированную в генах ВИЧ. При репликации вирус накапливает мутации с постоянной скоростью, наслаивая их, словно песок в песочных часах. Измерив высоту этой генетической «горки песка», ученые способны оценить, сколько времени прошло. Используя этот метод, исследователи установили, что оба образца ВИЧ-1 группы M из Киншасы восходят к началу XX в.

Все эти данные подсказывают объяснение, откуда взялся ВИЧ-1 — вернее, откуда он возникал неоднократно. Веками охотники в Камеруне убивали шимпанзе и горилл ради мяса. Время от времени они подхватывали от обезьян SIVcpz. Но эти охотники, жившие достаточно изолированно до XX в., были тупиковыми хозяевами для вируса. Некоторые люди выздоравливали после заражения SIVcpz, так как их иммунная система справлялась с плохо приспособленным паразитом. В других случаях вирусы гибли со смертью хозяина и не могли передаться новому носителю.

В начале XX в. Африка начала претерпевать значительные перемены, подарившие вирусам иммунодефицита обезьян новые возможности распространяться среди людей. Речные торговые пути способствовали переселению деревенских жителей в города, куда они занесли с собой вирусы. Колониальные поселения Центральной Африки стали разрастаться в города с численностью населения в 10 000 и более человек, где у вируса появилось больше шансов распространяться от хозяина к хозяину. Много лет ВИЧ-1 группы M, вероятно, оставался редкостью у людей. Но в какой-то момент он приобрел адаптации, позволившие ему более успешно передаваться от человека к человеку. Кроме того, ему выпал счастливый случай. Каким-то образом в середине XX в. вирус достиг Киншасы (тогдашнее название — Леопольдвиль). В густонаселенных городских трущобах вирус осваивался быстро. Носители выезжали из города по речным и железнодорожным путям в другие крупные города центральной Африки — Браззавиль, Лубумбаши, Кисангани.

В следующие несколько лет ВИЧ-1 группы M вырвался за пределы Африки. Вначале он попал на Гаити, так как гаитяне, работавшие в Конго, вернулись на родину после того, как эта страна получила независимость от Бельгии. Позднее, к 1970-м гг., вероятно, с гаитянскими иммигрантами или американскими туристами вирус прибыл в США. Это случилось примерно через сорок лет после того, как вирус закрепился в человеческой популяции, и лет за десять до того, как пятеро мужчин из Лос-Анджелеса заболели странной формой пневмонии.

К 1983 г., когда ВИЧ был описан учеными, он уже стал скрытой всемирной катастрофой. А к тому времени, когда наука приступила к борьбе с вирусом, у него уже была громадная фора. В 1980–90-е ежегодная смертность от СПИДа стремительно росла. Некоторые специалисты ожидали, что вирус удастся быстро остановить с помощью вакцины, но череда провальных экспериментов сокрушила их надежды.

Понадобился многолетний тяжелый труд, чтобы остановить волну ВИЧ. Службы здравоохранения установили, что передачу вируса можно снизить мерами социальной политики, такими как контроль за использованием шприцев и раздача презервативов. Позже огромную помощь в борьбе оказало создание эффективных антиретровирусных препаратов. В наши дни миллионы людей принимают комбинацию лекарств, мешающих ВИЧ поражать иммунные клетки и использовать их для воспроизводства. В развитых странах, таких как США, подобная лекарственная терапия позволяет некоторым пациентам прожить долгую и относительно благополучную жизнь. По мере того как государственные и частные организации распространяют эти лекарства в более бедных странах, продолжительность жизни жертв ВИЧ растет и там. В 2004 и 2005 гг. ежегодная смертность от ВИЧ достигла пика и общее число жертв составило 1,9 млн человек. С тех пор она постепенно падает. В 2019 г. вирус убил 690 000 человек.

Теоретически человечество могло бы довести эту цифру до нуля, и лучшей надеждой осуществить это было бы изобретение вакцины от ВИЧ. Некоторые ученые приступили к разработке вакцины уже вскоре после открытия ВИЧ, но результатом стала череда колоссальных разочарований. Вакцины, которые выглядели многообещающе в опытах на клеточных культурах, не давали результата на животных. Вакцины, защищавшие животных, не помогали людям.

Одна из причин поражения в том, что ВИЧ слишком быстро мутирует даже по меркам вирусов. За сто лет размножения в организмах миллионов людей возникло огромное генетическое разнообразие вариантов ВИЧ. Вакцина, обеспечивающая защиту от одного варианта ВИЧ, зачастую бесполезна против другого. Возможно, в будущем удастся изобрести вакцину, эффективную против их всех. Но наш недостаток знаний о виросфере обеспечивает ВИЧ смертельную фору.

В самый интимный момент зарождения новой человеческой жизни вирусы необходимы для нашего выживания. Не существует нас и их — есть лишь постоянное перемешивание и перетасовывание ДНК.