Последняя ниша для смертельных вирусов

Автор:Михаил Васильевич Супотницкий

14 октября 2015 г.

| В начале сентября новостью № 1 стало сообщение из Сибири. На Колыме российские и французские ученые обнаружили в образце вечной мерзлоты, извлеченном с глубины 30 м, крупные вирусы, получившие название Mollivirus sibericum и Pithovirus sibericum. Последний – вообще самый большой вирус из найденных сегодня на земле: его размер около 1,5 микрона. Редакция попросила прокомментировать это открытие микробиолога, кандидата биологических наук, полковника медицинской службы запаса, автора монографий «Биологическая война» (2013), «Эволюционная патология» (2009), «Очерки истории чумы» (2006), «Микроорганизмы, токсины и эпидемии» (2000) Михаила СУПОТНИЦКОГО. С ним беседует Андрей МОРОЗОВ.

– Михаил Васильевич, что означает эта работа французских и российских специалистов для эпидемиологии? – Она вносит серьезный вклад в изменение существующих уже более 100 лет представлений о природных резервуарах возбудителей инфекционных болезней. С того момента, когда были открыты микроорганизмы, показана их роль в инфекционных процессах, считалась, что их первичным резервуаром являются животные. От животных патогены попадают в человеческое общество, вызывая вспышки и эпидемии инфекционных болезней. На самом деле, как показали исследования этих специалистов, все обстоит гораздо сложнее.

– Каковы предыстория и научный фон их открытия? – Впервые в амебах обнаружили бактерии легионеллы (тогда их называли Sarcobium lyticum) – возбудители острых пневмоний у человека. Произошло это в 1956 году. Открытие противоречило господствующей системе взглядов на природные резервуары микроорганизмов, о нем забыли. В 1976 году в Филадельфии легионеллами была вызвана вспышка смертельной инфекции: заболел 221 человек, из них погибли 34. Постепенно выяснили, что вспышку болезни вызвали бактерии, живущие в воде, циркулирующей в промышленных системах кондиционирования воздуха. Потом установили, что живут они не просто в воде, а в обитающих в водной среде простейших.

– Какие еще патогены удалось обнаружить в простейших? – В природных экосистемах из бактериальных патогенов – возбудителей сибирской язвы, Ку-лихорадки, туляремии, холеры, мелиоидоза, хламидиозов, отдельных микобактериозов (например, вызванных M. intracellulare), криптококкозов. Для возбудителей чумы, туберкулеза, проказы такая возможность показана в эксперименте. Из вирусных – это те гигантские вирусы, о которых у нас сегодня идет разговор, и ВИЧ. Еще в начале 1990-х годов ВИЧ обнаружили в амебах, вызвавших дизентерию у ВИЧ-инфицированных африканцев. Есть косвенные свидетельства в пользу того, что энтеровирусы и вирусы гриппа поддерживаются в природе в простейших.

– То есть обнаружение гигантских вирусов в простейших – не случайность, а закономерность? Их неизбежно должны были найти? – Именно так. Но при наличии соответствующих методов исследования, кстати, появившихся только в 1990-х, и неординарности мышления исследователей. Только один пример – чума. Я его привожу потому, что чума, как природно-очаговая инфекционная болезнь, наиболее изучена по сравнению с другими. Вы, наверное, знаете, что вспышки чумы привязаны к определенным территориям…

– Да-да, это, кажется, давно известно… – Да, известно, но в каком масштабе времени, и с какими деталями? Есть исторические свидетельства о вспышках чумы, не объяснимых в рамках существующих зоонозных представлений о резервуарах ее возбудителя. Если сопоставить европейские территории, охваченные чумой во время ее первой пандемии – VI век (чума Юстиниана) – и второй – «черная смерть» (1346–1352), то они совпадают и по территориям, и по динамике, и даже по направлениям распространения болезни. Более того, они совпадают и при последующих вспышках, терзавших Европу почти 500 лет. А вот границы современных очагов чумы, установленные в ХХ веке по вспышкам среди людей и грызунов, далеко не совпадают с границами очагов чумы, определяемых по документальным источникам прошлого. Очагов чумы в традиционных представлениях – инфицированные грызуны, блохи и т.д. – в Европе сегодня нет. Да и сами очаги чумы прошлого географически располагались совсем не так, как мы привыкли их видеть сегодня: степи, пустыни, горы и где-то на юге. В периоды максимумов чумных эпидемий в Европе бубонная чума поражала города, расположенные в долинах рек, поднималась на север – в Швецию, Норвегию, доходила до Ирландии. Уже даже эти наблюдения говорят о том, что существуют иные, еще пока не изученные природные очаги возбудителя чумы, причем очаги гигантского масштаба, существующие тысячи лет. И это не те очаги, которые известны сегодня благодаря методам медицинской микробиологии и иммунологии. Последней клеточной нишей, то есть первичным резервуаром, где могут существовать микроорганизмы, как раз и являются простейшие организмы.

– В чем практический смысл для эпидемиологов изучения феномена поддержания в простейших организмах возбудителей инфекций? – В установлении реальных границ их природных очагов, в более глубоком изучении патогенеза болезни, разработке мер санэпиднадзора.

– Как возникает эпидемия на территории таких очагов? – «Разогрев» очагов происходит в течение сотен лет и смены нескольких поколений людей. Например, в результате длительного изменения микроэлементного, водно-солевого и температурного состава среды, экосистема, вмещающая простейших, в которых в качестве эндосимбионтов обитают патогенные для человека микроорганизмы, переходит в неустойчивое состояние. То есть периодически разрушается, затем восстанавливается. Масштабы этих процессов нарастают, так как нарастает и само воздействие. Разрушение экосистемы проявляется сначала небольшими локальными и растянутыми во времени вспышками инфекционной болезни. Но постепенно вспышки становятся все более масштабными, частыми, вирулентность (заразность) возбудителя болезни растет. Так обычно развиваются эпидемии бубонной чумы: сначала отдельные случаи, потом не связанные между собой вспышки на огромных территориях, и вот эти вспышки фиксируются на нескольких континентах, что уже называют пандемией.

– Как микроорганизмы из разрушенных экосистем проникают к людям? – Например, в результате изменения растительного покрова на территории первичного очага, произошедшего из-за изменения климата; и/или изменения популяционного состава простейших обитателей почв. Какой-то критической массы достигают простейшие, в которых микроорганизмы уже не существуют как эндосимбионты, а размножаются как паразиты. Через корневую систему они проникают в стебли трубчатых растений. Стебли поедают грызуны, инфицируются и заболевают. При развитии септической формы болезни через кровь грызунов заражаются блохи, и они уже заражают возбудителем чумы людей. Одновременно формируется вторичный резервуар возбудителя болезни среди грызунов и блох, а на территории их обитания – вторичный природный очаг чумы, границы которого мы очерчиваем традиционными микробиологическими методами. Такие очаги неустойчивы и в течение нескольких десятилетий угасают, о вспышках болезни забывают. Но ее возбудитель продолжает поддерживаться на этих территориях в качестве эндосимбионта простейших, первичный природный очаг сохраняется неопределенно долго.

– Представим, что возникли условия для проникновения патогена в человеческое общество. Но это – параллельные миры. Почему тогда у человека развивается болезнь, если он не является первичным хозяином этого микроорганизма и никак не способствует его поддержанию в природе? – Благодаря фагоцитирующим клеткам, макрофагам и другим эволюционным потомкам простейших. Макрофаги вне организма человека ведут себя как амебы. А ответные реакции амеб на фактор некроза опухолей, отдельные интерлейкины, циклооксигеназу 2 аналогичны таковым у нейтрофилов и макрофагов многоклеточных организмов. У всех у них сходные поверхностные рецепторы. Из-за такого сходства микроорганизмы принимают фагоцитирующие клетки человека за привычную для себя среду обитания, то есть за простейших. По механизму coiling-фагоцитоза они проникают в макрофаги в надежде обрести привычную спокойную и сытую жизнь. Но вместо этого у них и инфицированных ими макрофагов начинаются неприятности, вызванные активизацией Т- и В-систем иммунитета.

– Да и у людей возникают проблемы… Получается, что нынешние отношения между фагоцитирующими клетками многоклеточных организмов и патогенными микроорганизмами сложились еще тогда, когда многоклеточных организмов не было? – А какие могут между ними сложиться отношения позже? Чума возникала на определенных территориях эпизодически, исчезая на сотни лет, заболевшие обычно умирали. Оспа? Но если смотреть по историческим источникам, то это ее третий уход, начавшийся в средине XVIII века. О древности отношений между фагоцитирующими клетками многоклеточных организмов и микроорганизмами свидетельствует сходство рецепторов фагоцитов и простейших и их реакции на хемокины. Это очень древние рецепторы. Взаимоотношения между простейшими и микроорганизмами складывались миллиарды лет, еще в Архее (от 4 до 2,5 миллиарда лет назад). Потом они были унаследованы «всем пакетом» в многоклеточных организмах. Их противовесом в позвоночных организмах стали Т- и В-системы иммунитета.

– А раньше никто не замечал, что в существующих представлениях о природной очаговости инфекционных болезней отсутствует фундамент – простейшие? – В XIX веке замечали, что какого-то звена, не связанного, как тогда говорили с «прилипчивостью болезни», в объяснении эпидемических процессов не хватает. Так, применительно к холере развивалась локалистическая теория, выдвинутая немецким гигиенистом Максом Петтенкофером. Он утверждал, что для возникновения эпидемии холеры одного только холерного вибриона (фактор Х) недостаточно, нужен некий фактор Y, содержащийся в почве, благодаря которому образуется «холерный яд», то есть, как сказали бы сегодня, токсигенные холерные вибрионы (фактор Z). Вот этим фактором Y являются простейшие организмы.

– Как действует фактор Y? – Благодаря пассажам через амебы. Таким образом, повышается вирулентность и инвазивность многих возбудителей инфекций у людей. Этот феномен доказан экспериментально.

– Вернемся к мегавирусам. Как о них стало известно и насколько широко они распространены? – Мегавирусы открыли в 2003 году в амебах французские ученые из риккетсиологической лаборатории Марсельской школы медицины (Marseille School of Medicine). Сначала их приняли за грамположительные кокки, но электронная микроскопия показала наличие в амебах вирусных частиц. О распространенности в природе крупных вирусов свидетельствует уже то, что их выделили в четвертый домен живых организмов – Megavirales. Он существует в природе параллельно доменам Bacteria, Archaea и Eukarya. Сибирский вирус образует одну монофилетическую группу с вирусами семейств Marseilleviridae, Mimiviridae и Iridoviridae, входящих в домен Megavirales. Огромный геном позволяет им иметь широкий круг хозяев среди простейших, моллюсков, членистоногих и других животных.

– Представляют ли такие вирусы опасность для здоровья человека? – Отдельные представители семейств мегавирусов, например Mimiviridae, могут вызывать тяжелые пневмонии, кератиты, энтериты, подтверждено и носительство. Их выделяли из очагов поражения в легких человека, подращивали в амебах, потом заражали ими мышей и из очагов поражения снова выделяли те же вирусы – налицо триада Коха. Для M. s ibericum и P. sibericum доказательств патогенности пока не приведено, хотя еще в прошлом году французские исследователи его «оживили», то есть размножили в культуре амеб.

– Существуют методы диагностики вызванных мегавирусами болезней? – Существуют. Это метагеномные исследования, ПЦР, выделение вируса в культурах Т-клеток и представителей рода Acanthamoeba, электронная микроскопия, серологические исследования сыворотки крови реконвалесцентов.

– Почему вдруг заговорили о натуральной оспе в связи с этими вирусами? – Заговорили о сходстве между мимивирусами и вирусами семейства поксвирусов, к которому принадлежит вирус натуральной оспы (ВНО). Такое сходство установлено в организации их генома, механизмов репликации ДНК и еще по ряду других признаков. Геном мимивирусов в восемь раз больше генома ВНО, но сами мимивирусы являются продуктами дегенеративной эволюции более сложных организмов – риккетсий или микоплазм. Специализация паразита всегда сопровождается утратой ставших ненужными генов.

– А какое отношение дегенеративная эволюция имеет к ВНО? – Прямое. Само семейство поксвирусов сформировалось в результате дегенеративной эволюции и экогеографической дивергенции более крупного предка, возможно из тех же мимивирусов. ВНО несет все признаки дальнейшей дегенерации уже в самом семействе, особенно она заметна, если сравнивать геном ВНО с геномом поксвируса, используемого для вакцинации людей. У ВНО очень узкая специализация, большинство генов, определяющих круг хозяев, вирулентность, взаимодействие с иммунной системой хозяина, у него отключены. Это может показаться странным для специалиста, полагающего, что чем больше у микроорганизма генов, которые он считает «генами вирулентности», тем более он опасен, но это так.

– Почему же тогда ВНО столь смертелен для человека? – Потому что он идеально «заточен» под определенные рецепторы на макрофагах человека.

– Как такое стало возможным? – Видимо, из-за географической и экологической изоляции в какой-то экологической нише произошла его глубокая специализация к простейшим, имеющим на своей поверхности те же рецепторы, что и макрофаги человека. У ВНО установлены два странных ближайших родственника – поксвирусы, вызывающие болезнь у змей и верблюдов, но не опасные для людей. Разброс специализации свидетельствует о случайном характере дивергенции их предкового вируса; так получилось, что один из них оказался опасен для человека, а два других нет.

– То есть искать ВНО надо там же, где нашли мимивирусы, среди простейших организмов? Можно предположить – где географически? – Совершенно верно! А географически – там, где 50 тысяч лет назад произошла дивергенция предкового вируса на этих «тройняшек» – регион Западной и Центральной Африки ниже Сахары, но выше зоны влажных лесов. Но я бы предпочел прежде поискать их в простейших, обитающих в почве ближайшего газона.

– Могут ли эти совместные российско-французские эксперименты привести к эпидемии «выкопанного вируса»? – Не могут. Для того чтобы началась эпидемия, мало одного, пусть даже самого опасного вируса или бактерии. Нужны, во-первых, активизировавшийся природный очаг; во-вторых – сформировавшиеся на территории очага эпидемические цепочки, по которым возбудитель инфекционной болезни проникнет в человеческую популяцию; и в третьих, – восприимчивая к этому возбудителю популяция людей. Ни одно из этих условий для M. sibericum и P. sibericum не соблюдено, и создать их искусственно невозможно. Гораздо большую опасность представляют для нас устаревшие знания о природной очаговости возбудителей инфекционных болезней. Не забывайте, что в Москве за период с 1364 по 1772 год было семь крупных эпидемий чумы. Мы живем на древнем очаге чумы, о котором ничего не знаем.

– Можно ли считать, что эти исследования выводят отечественную эпидемиологию на новый уровень? – Да, наконец-то это началось!

Библиографическое описание

Супотницкий МВ, Морозов АГ. Последняя ниша для смертельных вирусов. Независимая газета. – 2015. – № 221 (6552), 14 октября (available from: http://www.ng.ru/science/2015-10-14/9_nisha.html)

Ссылки по теме

Супотницкий М.В. Микроорганизмы, токсины и эпидемии. М., 2000. Супотницкий М.В. Где скрывается чума? // Универсум. – 2005. – № 3. – С. 20-30 . Супотницкий М.В. Эволюционная патология. М., 2009. Супотницкий МВ. Натуральная оспа, оспа обезьян. В кн.: Супотницкий МВ. Биологическая война. Введение в эпидемиологию искусственных эпидемических процессов и биологических поражений. М.: «Кафедра», «Русская панорама»; 2013. С. 834–86.