Мимивирус

ЭПИЛОГ

Оспа

В чем мы, люди, хороши, так это в создании новых вирусов случайным образом, будь то вирус гриппа, выведенный на свиной ферме, или же ВИЧ, развившийся из вирусов забитых шимпанзе. А вот в чем мы не настолько преуспели, так это в избавлении от них. Несмотря на наличие различных вакцин, антивирусных препаратов, стратегий общественного здоровья, вирусам до сих пор удается уйти от их уничтожения.

Лучшее, что мы можем сделать, – это снизить ущерб, наносимый вирусами. К примеру, количество заболеваний ВИЧ‑инфекцией в США снизилось, но все еще ежегодно 50 тысяч американцев заболевают этим вирусом.

Программы по вакцинации уже устранили некоторые из вирусов в различных странах, но они все еще могут распространяться в других частях мира. Фактически современная медицина смогла избавиться только от одного вида человеческого вируса, созданного природой.

Речь идет о вирусе, вызывающем оспу. За последние 3 тысячи лет оспа, вполне возможно, унесла больше жизней людей, чем любая другая болезнь на Земле. Благодаря ясности и отчетливости симптомов оспы древние врачи были хорошо осведомлены о ней. Человек заболевал после того, как вирус попадал ему в дыхательные пути. По истечении недели или около того появлялись озноб, лихорадка и мучительные боли. Жар отступал после нескольких дней, но сам вирус не собирался уходить. В полости рта появлялись язвы, затем на лице, а после и по всему телу. Эти язвы, заполненные гноем, причиняли острую боль. Около трети людей, заразившихся оспой, в конечном счете умирали. У выживших навсегда оставались глубокие рубцы в местах бывших язв.

Свой первый след в истории человечества оспа оставила около трех с половиной тысяч лет назад: это были три мумии Древнего Египта, покрытые пустулами. Многие из древнейших очагов цивилизации в Старом Свете, от Китая до Индии к Древней Греции, ощутили на себе гнев этого вируса. В 430 г. до н. э. эпидемия оспы прокатилась по Афинам, убив четверть афинской армии и значительную часть населения города. В Средневековье крестоносцы, возвращавшиеся со Среднего Востока, принесли оспу в Европу. С каждым разом вирус, появлявшийся среди беззащитного населения, оказывал опустошительное воздействие. Впервые оспа появилась в Исландии в 1241 году, где из 70‑тысячного населения она вскоре убила 20 тысяч жителей острова. С ростом городов, обеспечивающих высокую плотность потенциальных носителей оспы, она значительно упрочила себя в Старом Свете.

В период между 1400 и 1800 годами только в одной Европе оспа убивала около пятисот миллионов человек в каждом веке. Ее жертвами стали правители: российский царь Петр II, королева Англии Мария II, император Австрии Иосиф I.

Впервые коренные американцы подверглись этому вирусу по прибытии Колумба в Новый Свет. Европейцы невольно принесли с собой биологическое оружие, давшее захватчикам ужасающее преимущество над их противником. Не имея какого‑либо иммунитета к оспе, коренные американцы умирали в большом количестве, подвергаясь заражению. В ближайшие десятилетия после прибытия испанских конкистадоров вначале 1500‑го в Центральной Америке, как полагают, от оспы умерло более 90% коренного населения.

Первый эффективный способ противодействия распространению оспы, вероятно, появился в Китае приблизительно в 900 году н. э. Врач взял соскоб из оспенной язвы зараженного и внес его в небольшой разрез на коже здорового человека (иногда вместо этого соскреб высушивали и вдыхали в виде порошка). Вариоляция, так стали называть эту процедуру, обычно приводила к появлению только одной пустулы на прививаемой руке. После того как пустула покрывалась коркой, привитый человек становился невосприимчивым к оспе.

В этом заключалась идея прививки. Довольно часто вариоляция приводила к появлению большего количества пустул, а в 2% случаев люди умирали. Но несмотря на это двухпроцентный риск был гораздо более привлекательным по сравнению с 30‑процентной смертностью от натуральной оспы. Вариоляция распространилась по всей Азии, продвигаясь на запад по торговым маршрутам вплоть до Константинополя в 1600 году. Когда новость об успешном оспопрививании прокатилась по Европе, врачи также начали практиковать этот способ.

Эта практика вызвала бурю религиозных протестов, утверждавших, что только Господь может решать, кто выживет от страшной оспы. Для того чтобы избавиться от подобных сомнений, врачи организовали публичные эксперименты. В 1721 году бостонский врач Забдиэль Бойлстон публично привил сотни людей во время эпидемии оспы; люди, которым сделали прививку, в большинстве своем выжили, в отличие от тех, кто не стал частью этого опыта.

Никто в то время не знал, как именно работала вариоляция, так как не было известно ни о существовании вирусов, ни о том, как с ними борется наша иммунная система. Лечение оспы проходило, в основном, методом проб и ошибок. В конце XVIII века британский врач Эдвард Дженнер разработал новую вакцину от оспы. Он руководствовался дошедшими до него рассказами о том, что доярки никогда не болеют оспой. У коров иногда наблюдаются симптомы коровьей оспы, очень похожие на симптомы людей, поэтому Дженнер предположил, что это может послужить защитой. Он взял образец гноя из руки доярки и сделал им прививку мальчику. У мальчика развилось несколько пустул, но остальные симптомы отсутствовали. Шесть недель спустя Дженнер сделал мальчику вариоляцию, т. е. подверг его заражению натуральной, а не коровьей оспой. У мальчика вообще не появилось пустул. В 1798 году Дженнер выпустил буклет, в котором описывал этот новый вид предотвращения оспы. Он назвал его «вакцинацией», в честь латинского названия коровьей оспы Variolae vaccinae . В течение трех следующих лет более 100 тысяч человек в Англии были подвергнуты вакцинации, которая постепенно приобретала популярность и в других странах мира. Прошли годы, и другие ученые воспользовались идеей Дженнера, разработав вакцины против других вирусов. Медицинская революция, таким образом, началась со слухов о доярках.

По мере распространения вакцин врачи старались справиться со все возрастающим спросом на них. Вначале они собирали струпья с рук вакцинированных, чтобы использовать их для вакцинации других людей. Но так как коровья оспа встречалась в основном в Европе, то люди в других частях света просто не могли самостоятельно заразиться ей.

В 1803 году король Карлос Испанский принял радикальное решение – провести вакцинацию в Америке и Азии. На борт корабля в Испании было посажено 20 сирот. Перед отправлением корабля в плавание один из них был вакцинирован. В течение нескольких следующих дней у него развились сначала пустулы, а затем и струпья. Эти струпья были использованы для вакцинации другого сироты, и так далее, став началом цепочки вакцинаций. Останавливаясь в каждом порту, испанцы проводили вакцинацию местного населения.

Врачи на протяжении всего XIX века бились над изобретением более простого способа доставки вакцины против оспы. Некоторые превращали телят в настоящие фабрики по производству вакцины, раз за разом заражая их коровьей оспой. Некоторые пытались сохранить струпья в различных жидкостях, таких как глицерин. Так продолжалось до тех пор, пока не была установлена природа вирусов и не стало возможным производить вакцину в промышленных масштабах и транспортировать ее по всему миру.

С распространением вакцин оспа стала терять свою власть над человечеством. В начале XX века в одной стране за другой заявляли о победе над оспой. К 1959 году оспа была побеждена в Европе, СССР и Северной Америке. Она оставалась чумой для жарких стран, в которых не было нормальной системы здравоохранения. Оспа была отброшена так далеко назад, что некоторые сотрудники международных организаций начали стремиться к амбициозной цели по уничтожению всех вирусов оспы на планете.

Сторонники искоренения оспы связывают свои надежды с биологическим строением вируса. Оспой могут заразиться только люди, но не животные. Если удастся систематизированно искоренить ее в человеческой среде, то можно не опасаться того, что она затаится в популяции свиней или уток, поджидая возможности нанести ответный удар. Более того, оспа имеет очевидные симптомы. В отличие от ВИЧ, который может никак себя не проявлять годами, оспа заявляет о своем присутствии через несколько дней. Работникам системы здравоохранения остается только отслеживать вспышки оспы и принимать меры по их подавлению.

Тем не менее, идея искоренения оспы имеет множество скептиков. Даже если все пойдет по плану, потребуются годы и труд тысяч квалифицированных работников по всему миру, в том числе в множестве отдаленных и опасных мест. Люди в прошлом уже пытались окончательно справиться с другими болезнями, такими как малярия, и потерпели неудачу.

Скептики так или иначе проиграли свой спор, когда в 1965 году Всемирная Организация Здравоохранения запустила Интенсифицированную программу искоренения оспы. Эта попытка искоренения оспы во многом отличалась от предыдущих кампаний. Она полагалась на зубчатую иглу, которая могла впрыскивать вакцину эффективнее, чем игла обычного шприца.

Врачами также были разработаны новые способы организации процесса вакцинации. Вакцинация целых стран находилась за пределами возможностей проекта. Вместо этого эксперты обнаруживали вспышки оспы и принимали незамедлительные меры по их подавлению. Они помещали под карантин заболевших и население окрестных деревень и городов. Может, оспа и способна распространяться со скоростью лесного пожара, но недалек тот день, когда этот пожар наткнется на противопожарный заслон вакцинации и потухнет.

Каждая вспышка оспы незамедлительно подавлялась, пока последняя не закончилась в 1977 году в Эфиопии. Мир наконец‑таки обрел свободу от оспы.

Несмотря на успешность кампании по искоренению оспы, вирус не исчез совсем. Ученые сохранили колонии вирусов в лабораториях для изучения. ВОЗ собрала все имеющиеся образцы в двух патентованных лабораториях, одна из которых находится в Новосибирске, а другая в Джорджии, штат Атланта. Исследователи оспы все еще могут изучать имеющиеся образцы, но только под пристальным контролем работников этих лабораторий. Большинство экспертов сходятся во мнении, что пройдет время и эти две последние колонии вирусов оспы будут уничтожены, вирус окончательно можно будет считать исчезнувшим.

Как бы то ни было, оказывается, что в мире все еще могут существовать вирусы оспы. Беженцы из СССР рассказывали, что у советского правительства были лаборатории, производившие боевую разновидность вируса оспы, которые предназначались для создания биологического оружия. После падения Советского Союза эти лаборатории были заброшены, однако никто не знает, что произошло с содержавшимися в них вирусами. Нам остается только предполагать, куда и к кому могли попасть вирусы.

Когда открылись эти факты, некоторые ученые и чиновники высказались в пользу сохранения вирусов оспы в исследовательских целях. Ученые будут изучать их для предотвращения биологической войны. Остается еще многое, чего ученые не знают об оспе. Недавно они начали углубляться в изучение механизмов, помогающих оспе бороться с нашей иммунной системой. Они обнаружили, что у оспы в распоряжении целый арсенал приемов. Белки оспы способны блокировать сигнал, передающийся от одной клетки иммунной системы к другой, давая вирусу время на проведение атаки. Ученым остается выяснить, что делает оспу такой смертоносной. Некоторые исследователи утверждают, что оспа заставляет иммунную систему сражаться с организмом жертвы, а не с самим вирусом. Однако эту гипотезу еще предстоит подтвердить. Решение таких загадок может привести к появлению более эффективной вакцины против оспы или даже лекарств против оспы и других болезней, так же опасных для людей.

В 2010 году в ВОЗ продолжились споры о том, стоит ли уничтожить последние имеющиеся запасы оспы в России и США. Но теперь эта дискуссия приняла такой оборот, который не могли даже представить себе борцы с оспой прошлых лет. Сегодня ученые полностью расшифровали генов вируса. И у них есть технологии, позволяющие с нуля синтезировать вирус оспы. Созданные искусственно вирусы больше не являются чем‑то из области научной фантастики. Ученые уже воссоздавали генетический материал других вирусов, таких как полиомелит и унесший множество жизней в 1918 году грипп, использовав его для создания жизнеспособных вирусов.

У нас нет доказательств того, что кто‑то хочет воскресить подобным образом и оспу, но нет и доказательств того, что это будет невозможно, если кто‑то попытается. После 3 500 лет загадок и борьбы с оспой мы наконец‑то смогли понять ее природу. Но это понимание дало вирусу своеобразное бессмертие и возможность на возрождение в будущем.

Пришелец в кулере

Где бы на нашей планете ни находилась вода, в ней обязательно есть жизнь. Вместилищем жизни может быть вода в тропическом пруду, в хрустальной пещере и даже в башенном охладителе на крыше больницы.

В 1992 году микробиолог Тимоти Роуботэм (Timothy Rowbotham) зачерпнул воду из башенного охладителя, расположенного на крыше больницы в городе Бредфорд, Англия. Поместив ее под микроскоп, он обнаружил, что вода полна жизни. Он увидел амеб и другие одноклеточные простейшие организмы размером с клетку человеческого тела. Он увидел бактерий, которые были в сотни раз меньше. Роуботэм искал причину возникновения вспышки пневмонии, охватившей Бредфорд. Среди микробов он обнаружил возможного кандидата на эту роль – сферические объекты размером с бактерию, размещавшиеся внутри амеб. Роуботэм посчитал, что обнаружил новый вид бактерий, и назвал их «бредфордкокки» (Bradfordcoccus ).

Роуботэм посвятил годы тому, чтобы понять, что такое бредфордкокки и были ли они виноваты во вспышке пневмонии. Он пытался выделить их гены, стараясь найти участки ДНК, имеющиеся у всех бактерий, но ему это не удалось. Сокращение финансирования заставило Роуботэма закрыть свою лабораторию в 1998 году и отдать образцы на хранение своим коллегам во Франции.

На протяжении 5 лет брэдфордкокки прозябали в безвестности, пока Бернард Ла Скола (Bernard La Scola) не решил взглянуть на них еще раз. Как только он поместил образцы Роуботэма под микроскоп, то понял: что‑то было не так.

Бредфордкокки не имели гладкой сферической формы, присущей бактериям. Вместо этого они состояли из множества соединенных между собой пластин и напоминали футбольный мяч. Также Ла Скола заметил белковые нити, отходящие от основной оболочки. Единственными живыми организмами, которые могли иметь такую форму, были вирусы. Но Ла Скола знал, как знали все микробиологи того времени, что объект габаритов бредфордкокка не мог быть вирусом, так как был в сотни раз крупнее.

Тем не менее, бредфордкокки оказались именно вирусами. Ла Скола и его коллеги обнаружили, что бредфордкокки размножаются, проникая в амебу и заставляя ее воспроизводить копии своего захватчика. Ла Скола и его коллеги решили дать вирусу новое название, которое отражало бы его вирусную природу. Они назвали его «мимивирус», в честь его умения мимикрировать, маскируясь под бактерию.

Затем французские ученые стали изучать гены мимивируса. Роуботэм уже пытался, правда, безуспешно, сравнивать его гены с генами бактерий. Французским ученым повезло больше. Они обнаружили у мимивируса гены, присущие вирусам, притом в большом количестве. До открытия мимивируса ученым удавалось обнаруживать у вирусов лишь несколько генов. У мимивируса же их оказалось 1 262. Это выглядело, как если бы кто‑то взял гены гриппа, простуды, оспы и сотни других вирусов и поместил бы их в одну белковую оболочку. Геном мимивируса насчитывал большее число генов, чем было у некоторых бактерий. Как своими размерами, так и набором генов, мимивирус разрушал базовые законы строения вирусов.

Узнав, каким набором генов располагает мимивирус, Ла Скола и его коллеги начали искать его в других возможных местах обитания. Гигантские вирусы были обнаружены ими в легких больных, страдавших пневмонией. До сих пор неясно, вызывают ли мимивирусы пневмонию, как считал Роуботэм, либо они просто колонизируют легкие людей, которые ею уже больны. Ученым также удалось обнаружить гигантских вирусов и их родственников в местах обитания, расположенных далеко от больницы. Мимивирусы широко распространены в водах Мирового океана, где они заражают водоросли, а может, даже кораллы и губок. Стало понятно, что до сегодняшнего дня гигантские вирусы скрывались прямо у нас под носом.

Обнаруженные недавно новые виды вирусов, такие как мимивирусы, заставляют ученых пересмотреть свои взгляды на то, что такое вирусы. Законы природы, казавшиеся такими незыблемыми, расшатываются на глазах. За спорным вопросом: «Что такое вирус?» – встает гораздо более масштабный: «Что такое жизнь?»

Долгое время ученые считали, что между вирусами и «настоящими» живыми организмами, такими как бактерии, простейшие, растения, животные и грибы, лежит непреодолимая пропасть. Многие отмечали крайне малое количество генов у вирусов, доказывая, что при их способе размножения быть больше у них и не может. Так как вирусы размножаются, захватывая другие клетки, они подходят к копированию своих генов крайне небрежно. У них, например, отсутствует репаративный фермент, который мог бы исправлять возникающие при этом ошибки. Вследствие этого они гораздо в большей мере подвержены смертельным мутациям. Если у вируса будет несколько тысяч генов, то такой вирус будет нежизнеспособным из‑за огромного шанса возникновения такой мутации.

Количество генов, имевшихся у обнаруженных на тот момент вирусов, служило данной теории хорошим подтверждением. Гены вирусов находятся в закодированном виде либо в ДНК, либо в ее однонитиевой версии – РНК. По целому ряду причин РНК, по своей сути, гораздо больше подвержена ошибкам при копировании. Как выяснилось, вирусы, строящиеся на основе РНК, такие как грипп или ВИЧ, имеют гораздо меньшее количество генов, чем вирусы, имеющие ДНК.

Вынужденные обходиться малым количеством генов, вирусы отказались от генов, отвечающих за функции, отличные от размножения и выживания. Так, у них не может быть генов, позволяющих им, например, есть. Они не могут самостоятельно преобразовывать вещества в новые гены и белок. Они не могут расти. Они не могут выводить продукты распада. Они не могут противостоять низким и высоким температурам. Они не могут размножаться делением. Все эти «не» не складываются в одно ошеломляющее «не». Вирусы не живые.

Чтобы считаться живым организмом, утверждали ученые, нужно обладать настоящими клетками. «Организм состоит из клеток», – заявлял в своей лекции, посвященной получению им Нобелевской премии в 1967 году, микробиолог Андре Львов (Andre Lwoff ). Так как у вирусов нет клеток, они воспринимались просто как изолированный генетический материал, который обладал необходимыми химическими свойствами, позволяющими ему воспроизводить себя внутри настоящих клеток. Ученым удавалось кристаллизовать вирусы таким же образом, как они получали соль из ДНК. А вот кристаллизовать клетки почему‑то никому не удалось. В 2000 году Международная комиссия по таксономии вирусов объявила, что «вирусы не являются живыми организмами».

В течение десяти лет после этого заявления множеству ученых удалось его опровергнуть. В свете открытия новых вирусов старые правила уже не работали. Мимивирусы, например, скрывались от взглядов исследователей так долго отчасти из‑за того, что были в сотни раз крупнее, чем обычные вирусы. Также у них было слишком много генов, чтобы они могли отвечать представлениям о том, как устроены вирусы. Ученые точно не знают, что мимивирусы делают со всеми своими генами, но предполагают, что благодаря им в мимивирусах протекают процессы, схожие с процессами, протекающими в живых клетках. Некоторые белки мимивирусов напоминают белки, которые в наших клетках служат для синтезирования новых генов и белков.