Эволюционная патология
Монография посвящена мифам и «белым пятнам» в эпидемиологии, существование которых стало очевидным в связи с провалами мероприятий по противодействию ВИЧ/СПИД-пандемии.
Книга рассчитана на широкий круг читателей. Особенно полезной она будет для исследователей, интересующихся фундаментальными проблемами патогенеза и эпидемиологии новых инфекционных болезней, для студентов биологических и медицинских факультетов вузов, а также для врачей-инфекционистов и эпидемиологов.
Книга издана в авторской редакции.
ВВЕДЕНИЕ
Современная эпидемиология изобилует мифами и «белыми пятнами». Четверть века борьбы с пандемией ВИЧ/СПИДа и миллиарды затраченных на нее долларов привели к весьма парадоксальному результату. С одной стороны, мы очень серьезно расширили свои представления о мире микроорганизмов и о самих себе. Но с другой — нам так и не удалось остановить рост ВИЧ-инфицированности населения планеты, даже хотя бы на примере одной страны. Причем сама констатация такого факта общеизвестна, однако она почему-то не приводит к осмыслению причин, лежащих в основе наших неудач в борьбе с пандемией. Соответственно, не меняются и подходы к борьбе с ней. Господствующее положение в представлениях о происхождении ВИЧ попрежнему, как и 25 лет назад, занимает зоонозная гипотеза случайного инфицирования человечества ВИЧ от оставшейся неизвестной обезьяны. Сколько лет эта гипотеза существует, столько же лет известны факты, ей противоречащие. Сама пандемия рассматривается учеными только как медицинская проблема — появился новый вирус, вот он и распространяется среди людей, как это бы сделали другие «новые» вирусы «на его месте». И это при том, что геном человека наполовину состоит из структур, сходных с ВИЧ.
Вопреки реально наблюдаемому в экспериментах взаимодействию ВИЧ с иммунной системой человека, последней в наших учебниках для медицинских ВУЗов отведена роль некоего универсального фактора «самозащиты организма». Но ВИЧ не элиминируется иммунной системой. Наоборот, он активно воспроизводится ее клетками. Тем не менее на основе представлений об иммунных ответах на возбудители инфекционных болезней, сформировавшихся в начале ХХ столетия, разрабатываются ВИЧ-вакцины, которые, как выясняется почему-то только после дорогостоящих экспериментов, не предотвращают инфицирование иммунизированного населения ВИЧ, а способствуют его распространению. Казалось бы, логично остановиться и подумать, почему это происходит. Нет! После неудачи очередного эксперимента одних ученых по созданию ВИЧ-вакцины другие совершенно серьезно осуществляют новый такой же эксперимент, поменяв лишь антигенный и/или адъювантный компонент вакцинного препарата. Сам же СПИД исследователями «втиснут» в классификацию инфекционных болезней, разработанную также в начале начала ХХ столетия (!), где он «проходит» по категории «болезни наружных покровов» наравне с вирусными бородавками.
В связи с вышесказанным трудно отделаться от мысли, что в современных представлениях об эпидемических и инфекционных процессах образовался какой-то весьма глубокий «провал». В него и уходят все усилия ученых и врачей по противодействию ВИЧ/СПИД-пандемии, все выделенные на борьбу с ней средства, а заодно и миллионы человеческих жизней.
Поэтому
Монография построена следующим образом.
Мой интерес к данной проблеме вызван следующим. В течение длительного периода работы в научно-исследовательских организациях Министерства обороны России мне приходилось участвовать в подготовке научно-технических прогнозов. Хотя непосредственно ВИЧ не находился в сфере наших интересов, но исследования, имеющие к нему отношение, мы рассматривали как «опережающие» в аспекте появления новых подходов и средств в борьбе с другими возбудителями опасных инфекционных болезней, и вот почему. Исследования по ВИЧ имеют неограниченное финансирование, ими занимаются ведущие научные корпорации, к ним привлекаются ученые с мировым именем. Кроме того, их результаты активно патентуются из-за отчаянной конкуренции на рынке средств лечения, профилактики и диагностики ретровирусных инфекций, немыслимой для других сфер биотехнологий. Следовательно, здесь невозможно и нет смысла что-то прятать или что-то скрывать в расчете на то, что удастся долго сохранить свое «ноу-хау». Этой ситуацией мы активно пользовались для отслеживания будущих тенденций в области конструирования средств специфической профилактики других опасных инфекционных болезней, выявления пределов развития отдельных технологий и тупиковых направлений исследований в данной области. Подготовленные на основании таких исследований среднесрочные прогнозы обычно подтверждались дальнейшим ходом событий. Например, невозможность создания ВИЧ-вакцины нам стала очевидной еще в 1992 г. только на основе анализа патентной активности и объема патентных притязаний фирм — разработчиков вакцин. Частично эти результаты опубликованы в 1997 г. в журнале «Биотехнология». Исследуя в течение почти двух десятилетий информацию по ключевым достижениям в борьбе с ВИЧ/СПИД-пандемией, пусть даже в таком утилитарном аспекте, какой я указал выше, невозможно остаться в стороне от самой проблемы. Как оказалось, она уходит корнями в фундаментальные основы существования жизни — трудно придумать более интересную задачу для ученого; именно это и побудило меня написать представляемую вашему вниманию монографию.
В ее основу положена статья «К вопросу о месте ВИЧ/СПИД-пандемии среди других инфекционных, эпидемических и пандемических процессов», опубликованная в 2006 г. в журнале «Эпидемия ВИЧ/СПИД в Украине» (№ 2, С. 163–196).
Я искренне признателен академику РАМН П. Н. Бургасову и профессору Б. М. Медникову за тот интерес, который они проявили к моей первой книге по данной проблеме («Микроорганизмы, токсины и эпидемии», 2000). Их поддержка тогда значила для меня очень много. К сожалению, этих ученых уже нет с нами.
Я искренне признателен главному редактору журнала «Энвайронментальная эпидемиология», доктору географических наук Д. В. Николаенко, за постоянно предоставляемую мне возможность излагать свои взгляды на причины, лежащие в основе наших неудач в борьбе с пандемией ВИЧ/СПИДа на страницах издаваемого им журнала.
У меня нет «конфликта интересов» с другими учеными, данная работа не оплачивалась никакими фондами или грантами, я никогда не работал в организациях, имеющих коммерческие интересы в какой либо сфере медицинского сервиса.
Монография рассчитана на широкий круг читателей. Особенно полезной она будет для исследователей, интересующихся фундаментальными проблемами патогенеза и эпидемиологии новых инфекционных болезней, для студентов старших курсов биологических и медицинских факультетов ВУЗов, желающих расширить свой кругозор за пределы учебников, для врачей инфекционистов и эпидемиологов, столкнувшихся с непонятной инфекционной патологией.
Критические замечания и пожелания можно направлять в адрес издательства «Вузовская книга» или по электронной почте непосредственно автору (msupotnickij@yandex.ru).
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
А (adenine) — аденин
ADAR (adenosine deaminase) — аденозиндеаминаза
ADE (antibody-dependent enhancement; immune enhancement of disease) — феномен антителозависимого усиления инфекции
AGM (african green monkeys) — африканские зеленые обезьяны
AP-1 (activated protein-1) — активированный белок-1
AREs (adenine and uracil rich elements) — аденин-урацилобогащенные элементы
ARH (autosomal recessive hypercholesterolemia) — аутосомальная рецессивная гиперхолестеролемия
BTK (Bruton's tyrosine kinase) — брайтоновская тирозинкиназа
С (cytosine) — цитозин
CDKN1A (cyclin-dependent kinase inhibitor 1A) — циклинзависимый ингибитор киназы 1А
DC-SIGN (dendritic cell-specific intracellular adhesion molecule 3-grabbing nonintegrin) — внутриклеточная адгезионная молекула 3-захватывающего неинтегрина, специфического к дендритным клеткам
C4B (сomplement component 4B) — компонент комплемента 4В
dN/dS (rate of nonsynonymous to synonymous substitutions per site) — соотношение несинонимических замен (dN) к синонимическим заменам (dS)
DRs (short direct repeats) — короткие терминальные повторы
dsRNA (double-stranded RNA) — двуцепочечная РНК
EGF-R (epidermal growth factor receptor) — рецептор эпидермального фактора роста
EN (endonuclease) — эндонуклеаза
Env (viral envelope glycoprotein) — вирусный оболочечный гликопротеин
ERVs (endogenous retroviruses) — эндогенные ретровирусы
FAMs (fossil Alu-monomers) — «окаменелые» Alu-мономеры
FCMD (Fukuyama-type congenital muscular dystrophy) — врожденная мышечная дистрофия Фукуяма-типа
FcR (Fc receptor) — Fc-рецептор
FL (full-length) — полноразмерный (например, транспозон)
G (guanine) — гуанин
GALV (Gibbon are leukemia virus) — вирус лейкемии гиббонов
GlyCAMI (glycosylation-dependent cell adhesion molecule I) — молекула клеточной адгезии, зависящая от гликозилирования I
GM-CSF (granulocyte — macrophage colony stimulating factor) — гранулоцитмакрофаг колониестимулирущий фактор
GPCR (guanosine nucleotide-protein-coupled receptor) — гуанозиннуклеотидбелок-соединяющий рецептор
GR (glucocorticoid receptor) — глюкокортикоидный рецептор
G6PD (glucose 6-phosphate dehydrogenase) — глюкоза-6-фосфатдегидрогеназа
Н, НA (hemagglutinin) гемагглютинин (вируса гриппа)
HA (hyaluronic acid) — гиалуроновая кислота
HAART (highly active antiretroviral therapy) — высокоактивная антиретровирусная терапия
HCK (hematopoietic cell kinase) — гематопоэтическая клеточная киназа
HSPA1A (heat shock protein 1A) — белок теплового шока 1А
IFNгамма (interferon gamma) — интерферон гамма
IFNгаммаR1 (interferon gamma receptor 1) — рецептор гамма-интерферона 1
IL (interleukin) — интерлейкин
IL-1Ra (interleukin-1 receptor antagonist) — антагонист рецептора интерлейкина-1
iNOS (inducible nitric oxide synthase) — индуцибельная СО-синтаза
IRF (immune restoration phenomenon) — синдром восстановления иммунитета
ITRs (inverted terminal repeats) — инвертированные терминальные повторы
KS (Kindler syndrome) — синдрома Киндлера
LINE (long-terminal interspersed element) — длинный терминальный вставочный повтор
LLAPs (Legionella-like amoebal pathogens) — легионеллоподобные амебные патогены
LTA (lymphotoxin a) — лимфотоксин a
LTR (long terminal repeat) — длинный концевой повтор
MAPKK (mitogen-activated protein kinase kinase) — митогенактивированный белок киназы киназы
MBL (mannose binding lectin) — лектин, связывающий маннозу
MBP (mannose binding protein) — протеин, связывающий маннозу
MHC (major histocompatibility complex) — главный комплекс гистосовместимости
MR (mannose receptor) — маннозный рецептор
MTO (mitochondrial translation optimization gene homolog) — генный гомолог оптимизации митохондриальной трансляции
N, NA (neuraminidase) — нейраминидаза (вируса гриппа)
NEF, nef (negative regulatory factor) — негативно регулирующий фактор[1]
NEN (neutralization escape mutants) — мутанты ВИЧ, избегающие нейтрализации антителами
NWMs (New World monkeys) — приматы Нового Света
OAS (original antigenic sin) — первичный антигенный грех
ORF, Orf (open reading frame) — открытая рамка считывания
OWMs (Old World monkeys) — приматы Старого Света
PBS (primer binding site) — праймерсвязывающий сайт
PDI (protein disulfide isomerase) — протеиндисульфидизомераза
Pfu (plaque-forming-unit) — бляшкоформирующая единица
PKP (plakophilin) — плакофиллин
Pol II (RNA polymerase II) — РНК полимеразы II типа
PPT (polypurine tract) — полипуриновый тракт РНК
PS (phosphatidylserine) — фосфатидилсерин
PSGLI (P-selectin glycoprotein ligand-1) — Р-селектин гликопротеин лиганд-1
Pyk2 (proline-rich tyrosine kinase-2) — пролинобогащенная тирозинкиназа-2
QA (quinolinic acid) — квинолиновая кислота
REV, rev (regulator of expression of virus proteins) — регулятор экспрессии вирусных белков
RPE2-1 (ribulose-5-phosphate-3-epimerase transcript variant 2) — вариант 2 транскриптарибулозо-5-фосфата-3-эпимеразы
RT (reverse transcriptase) — обратная транскриптаза
SA (splice acceptor) — сайт акцептора сплайсинга
SAGs (superantigens) — суперантигены
SAPK (stress-activated protein kinase) — стресс-активированная протеинкиназа
SD (splice donor) — сайт донора сплайсинга
SINE (short interspersed element) — короткий вставочный элемент
SLE (systemic lupus erythematosus) — системный волчаночный эритематоз
Sp1 (specificity protein-1) — специфичный белок-1
SPICE (smallpox inhibitor of complement enzymes) — ингибитор ферментов комплемента ВНО
SPTA1 (a-spectrin gene) — ген a-спектрина 1
SS (Sjцgren's syndrome) — синдром Шегрена
STAT (signal transducer and activator of transcription) — сигнальный преобразователь и активатор транскрипции
T (thymine) — тимин
TAP (transporter associated with antigen processing) — транспортер, ассоциированный с антигенным процессингом
TAT, tat (transactivator of transcription) — трансактиватор транскрипции
TEs (transposable elements) — транспозабельные элементы
TLR (Toll-like receptor) — Toll-подобный рецептор
TNF (tumor necrosis factor) — фактор некроза опухолей
TRAIL (TNF-related apoptosis-inducing ligand) — TNF-связанный апоптоз-индуцирующий лиганд
UTR (untranslated region) — нетранслируемый регион
VDR (vitamin D receptor) — рецептор витамина D
VIF, vif (virion infectivity factor) — фактор инфекционности вириона
Aa (Aedes aegypti) — комар, разносчик возбудителя желтой лихорадки
Ag (Anopheles gambiae) — комар, разносчик возбудителя малярии
ALV (Avian leukemia viruses) — вирус птичьей лейкемии
BCG (Bacillus Calmette — Guerin) — бацилла Кальметта — Гирена
Ce (Caenorhabditis elegans) — свободноживущая нематода (круглый червь)
Dm (Drosophila melanogaster) — чернобрюхая дрозофила) — двукрылое насекомое, вид плодовой мухи (Drosophilidae) из рода дрозофил
EBV (Epstein — Barr virus) — вирус Эпштейна — Барра
Eh (Entamoeba histolytica) — син. амеба дизентерийная; вид амеб семейства
Endamoebidae, паразитирующих в кишечнике человека
Ei (Entamoeba invadens) — паразитическая амеба, специфичная для пойкилотермных животных, в большей степени для змей
EV (Ectromelia virus) — вирус эктромелии мышей
FeLV (Feline leukemia virus) — вирус кошачьей лейкемии
HBV (Hepatitis В virus) — вирус гепатита В
HСV (Hepatitis С virus) — вирус гепатита С
HERVs (Human endogenous retroviruses) — эндогенные ретровирусы человека
HHV (Human herpesvirus) — герпесвирус человека
Hs (Homo sapiens) — человек разумный
НТLV (Human T-cell leukemia virus) — вирус Т-клеточной лейкемии человека in vitro — «в стекле», т. е. в пробирке
in vivo — на живом организме
MLV (Murine leukemia viruses) — вирус мышиной лейкемии
Mm (Mus. musculus) — мышь домовая — вид грызунов рода домовых мышей
MMTV (Mouse mammary tumor virus) — вирус рака молочной железы мышей
Os (Oryza sativa) — рис посевной
per se — сам(а) (само, сами) по себе, в чистом виде
Pf (Plasmodium falciparum) — малярийный плазмодий, возбудитель тропической малярии
Sc (Saccharomyces cerevisiae) — пивоваренные дрожжи
SIV (Simian immunodeficiency virus) — вирус иммунодефицита обезьян
Sp (Schizosaccharomyces pombe) — гаплоидные аскомицетовые дрожжи
sp. (species) — вид
TIR (terminal inverted repeat) — терминальный инвертированный повтор
Tv (Trichomonas vaginalis) — влагалищная трихомонада, возбудитель трихомониаза
VACV (Vaccinia virus) — вирус вакцины
vice versa — наоборот
ВИЧ — вирус иммунодефицита человека (в тех случаях, когда это специально не оговорено, ВИЧ-1)
ВНО — вирус натуральной оспы
ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота
ЖКТ — желудочно-кишечный тракт
кб — килобазы
кДa — килодальтон
КРС — крупный рогатый скот
ЛПС — липополисахарид
мк — микрон
м. п. о. — миллион пар оснований
нм — нанометр
нт. — нуклеотид
пкг/мл — пикограммов в одном миллилитре
п. о. — пара оснований
РАМН — Российская академия медицинских наук
РНК — рибонуклеиновая кислота
СВИ — синдром восстановления иммунитета
СКС — социокультурная система
СПИД — синдром приобретенного иммунодефицита
т. п. о. — тысяча пар оснований
ПАРАЗИТЫ И СИМБИОНТЫ ГЕНОМА ЧЕЛОВЕКА
Основным препятствием, мешающим формированию адекватных представлений об опасности ВИЧ/СПИД-пандемии, является недостаточное внимание исследователей к тем эволюционным процессам, в которых главную роль сыграли транспозируемые элементы (ДНК-транспозоны, ретроэлементы) и другие представители так называемой «теневой части генома» (ретротранскрипты, ретропсевдогены, большие дупликации, микросателлиты и пр.).
1.1. Проретроэлементы и проретровирусы
Ретроэлементы (ретротранспозируемые элементы генома) составляют почти половину генома человека, что не может быть ни случайностью, ни рудиментом генетических структур прошлого.
Проретроэлементы. По мнению многих ученых (см. обзорные работы Стила Э. с соавт., 2002; Гладилина К.Л. и Суворова А.Н., 1995), первой молекулой, способной к репликации, был полимер РНК. Репликация осуществлялась за счет каталитической активности самой РНК (рибозимы) с большим количеством ошибок. В результате древний мир РНК представлял собой «эволюционирующий хаос», в котором выживали наиболее приспособленные репликаторы (Стил Э. с соавт., 2002). Однако этот процесс можно считать одним из первых гиперциклов по Эйгену, когда составляющие его химические реакции ведут себя подобно «дарвиновским видам», т. е. обладают способностью «отбираться» и, соответственно, эволюционировать в сторону увеличения сложности организации.
РНК как носитель генетической информации имеет пределы в сложности организации. К тому же она неустойчива в агрессивной химической среде. С момента появления самореплицирующихся молекул параллельно шел процесс отбора их более стабильных форм из числа молекул ДНК, образовывавшихся случайно посредством примитивной обратной транскрипции. Роль обратных транскриптаз играли сами молекулы РНК. А так как их активность неспецифична, копии ДНК делались и с других молекул РНК. Так формировались устойчивые полимерные агломераты — предтечи будущих хромосом. Обладая выраженной полярностью и значительным электрическим зарядом за счет поляризованных фосфатных групп, крупные молекулы ДНК в слабосолевых растворах формировали вокруг себя упорядоченные двуслойные оболочки из амфипатических органических соединений — деструктивное влияние внешней среды на новые макромолекулярные структуры снижалось. Естественный отбор сохранял только наиболее прочные из них. Для удержания оболочки такой протоклетке требовалось увеличить электрический заряд ДНК, что самым простым способом можно было достичь наращивая ее массу. Преимущества в этом процессе получили молекулы РНК протяженностью до 300 п. о., ДНК-копии которых были способны образовывать устойчивые структуры за счет водородных связей и гидрофобных взаимодействий — они и стали первыми ретротранспозонами. Теперь сложность протоклеточных структур достигла того уровня, начиная с которого склонность к вырождению «перестала быть всеобщей» (см. работу Дж. Фон Неймана, 1960).
Интроны и экзоны. Проретротранспозоны сыграли основную роль в усложнении генома клетки путем формирования его интрон-экзонной организации. Первыми интронами были массивы повторяющихся последовательностей ДНК, выполняющие функцию электростатического удержания поляризованных «хвостов» амфипатических молекул оболочки протоклетки. Экзоны же формировались путем случайных мутаций проретротранспозонов во время всех процессов матричного копирования их РНК (транскрипции, трансляции и обратной транскрипции) из участков РНК, обладающих каталитической активностью. Увеличение количества и протяженности таких структур способствовало увеличению скорости неэнзиматической трансляции простых пептидов, предназначенных в первую очередь для поддержания конформации самих РНК и примитивной регуляции процессов матричного копирования. Первые пептиды были термостабильны и гидрофобны, в слабосолевых растворах приобретали положительный заряд. Благодаря этим свойствам они обладали выраженной способностью связываться с нуклеиновыми кислотами и агрегировали между собой, формируя упорядоченные структуры протоклеток.
В последующем они послужили исходным материалом для эволюции:
1) гистоновыхи прионовыхбелков;
2) белков, входящих в состав рибонуклеопротеидов эукариот;
3) нуклеотидных и матриксных белков вирусов;
4) белков, которые мы сегодня знаем под названием шапероны, т. е. способных поддерживать трехмерную структуру других сложных белков. Естественный отбор закреплял новые признаки и новые биохимические процессы за протовидом. По мнению С. Пашутина (2006), процесс формирования РНК, способной связываться со «своей» аминокислотой (сегодня они известны как транспортные РНК; тРНК), послужил толчком к созданию примитивной системы кодирования информации об отдельных пептидах и белках и их транскрипции и трансляции в протоклетках. В ходе эволюции белкам, в силу более совершенной пространственной конфигурации, удалось перехватить каталитические функции у РНК. Результатом такого «перехвата» стало формирование генов ферментов, обладающих активностями:
1) ДНК-полимеразы (синтезирует одноцепочечную ДНК, комплементарную РНК);
2) рибонуклеазы (расщепляет исходную РНК);
3) интегразы (осуществляет процесс интеграции ДНК, синтезированной на матрице РНК, с уже существующей в протоклетке ДНК).
Три этих гена сыграли основную роль в переходе протоклеток от царства РНК к царству ДНК. Естественный отбор «подхватил» ген, кодирующий мультидоменный белок, проявляющий все три активности и известный нам с 1970 г. под названием «обратная транскриптаза». Сам процесс усложнения протоклеток в клетки, способные формировать уже многоклеточные организмы, занял не менее 3 млрд лет. «Разрастание» в архее ДНК-генома клеток за счет ретроэлементов послужило толчком к эволюции многоклеточных организмов (см. подглаву 2.3). На этом этапе их эволюции появились ретровирусы.
Проретровирусы. Своим появлением они обязаны накоплению у проретротранспозонов последовательностей нуклеотидов, кодирующих белки, входящие в оболочки протоклеток, и выполняющие функции порообразования и слияния. Кодируемые такими генами белки за счет гидрофобных взаимодействий формировали конгломераты с нуклеиновыми кислотами, которые могли сливаться с наружной мембраной протоклетки, образуя в ней «выпячивания» в другую протоклеточную полость, и перемещаться из одного компартмента протоклетки в другой. Тем самым организация протоклетки усложнялась, она становилась менее подверженной воздействиям извне. Структуры, способные переносить нуклеиновые кислоты между протоклеточными образованиями и воспроизводящиеся посредством примитивной обратной транскрипции, и были проретровирусами. На этом этапе эволюции клеточной жизни их еще можно рассматривать в качестве симбионтов протоклеток. Такие клетки сегодня называют синтициальными — это большие многоядерные протопласты, окруженные периплазматической мембраной. Механизм передачи ретровирусов, характерный для протоклеточных образований, давление естественного отбора сохранило по сей день. Ретровирусы могут перемещаться между клетками по филоподиям — длинным тонким короткоживущим «выпячиваниям», отходящим от фагоцитирующих клеток.
Сами же белково-нуклеиновые образования, осуществлявщие процесс перемещения нуклеиновых кислот между поляризованными оболочками протоклеток, и упорядочивавшие такие структуры шапероны, были закреплены естественным отбором тогда, когда в их составе оказался некий минимум РНК-генов. Среди них ген, кодирующий белок оболочки такого белково-нуклеинового образования (env), участвующий в порообразовании и слиянии клеток (прототип генов gp120 и gp41 ретровирусов) и обеспечивающий перемещение «конгломерата» между структурами протоклетки; рибозим, обладающий обратной транскриптазной активностью (прототип гена pol ретровирусов), синтезирующий массивы ДНК по матрице РНК; и прототип гена gag ретровирусов, кодировавший термостабильные и гидрофобные пептиды, предназначенные для поддержания конформации РНК проретроэлементов. Последние сегодня известны как белки группоспецифического антигена ретровирусов и прионовые белки эукариотических клеток (см. подглаву 1.3). Эти три гена фланкировали некодирующие последовательности РНК — прототипы длинных концевых повторов (long terminal repeats, LTR) ретровирусов, собственно и являющиеся той РНК-матрицей для синтеза ДНК, для перемещения которой между протоклеточными структурами естественным отбором поддерживались проретровирусы. Некодирующие последовательности РНК были достаточно большими, чтобы многократно транскрибированные с них ДНК могли электростатически удерживать оболочку, достаточно мощную, чтобы вся структура могла автономизироваться в протоклетку. (
Отдельные протоклеточные конгломераты приобрели селективные преимущества перед другими. Давление естественного отбора установило свои правила и ограничения для их размеров, структуры и функции. Естественный отбор дал преимущества проторетровирусам, включающим две и более цепей РНК, тем самым увеличивая стабильность передаваемой между клетками информации. Впоследствии такая система поддержания целостности генетической информации закрепилась у организмов, размножающихся половым путем, и стала еще более консервативной, исключив любые этапы, на которых могло иметь место копирование РНК для сохранения наследственной информации в последующих поколениях. Так функцию носителя генетической информации природа закрепила за двунитевой ДНК.
После вытеснения протоклеточных структур клетками, способными к автономной репликации, часть из них либо исчезла, либо вошла в состав этих клеток на правах органел-симбионтов (митохондрии, пластиды и др.). Естественный отбор «избавил» проретровирусы от крупных нуклеотидных последовательностей, уже не дававших им селективных преимуществ в самостоятельно реплицирующихся клетках. Но он же закрепил за ними последовательности, облегчающие им интеграцию в геном клеток; и гены, кодирующие белки, позволяющие отдельным ретроэлементам использовать ресурсы клеток для своего размножения и существования как биологического семейства. Теперь их роль в живой природе усложнилась. Если смотреть с точки зрения их взаимоотношения с отдельной клеткой, то они были для нее уже не симбионтами, а паразитами, так как размножались в цитоплазме клетки и за счет ее ресурсов, т. е. ретровирусами.
Двойственность отношений ретровирусов и клеток сохранилась. Ретровирусы поддерживаются в клетке и как эндосимбионты, и как паразиты (см. подглаву 2.2 «Ретровирусы»). А так как они обладают способностью увеличивать размер генома и вызывать в нем перестройки генетического материала, то в общебиологическом смысле они стали играть роль одного из самостоятельных факторов эволюции (см. «Ретровирусная эволюция»). Проретроэлементы сохранились в геноме эукариотической клетки в виде повторяющихся последовательностей на концах интегрирующихся с ним ДНК-копий ретроэлементов, образовавшихся в результате обратной транскрипции (инвертированные и прямые концевые повторы). Либо это дисперсно распределенные по геному повторяющиеся последовательности ДНК размером от сотен до тысяч нуклеотидов (составляют около 20 % геномной ДНК), иногда называемые «эгоистичной ДНК».
Для ретровирусов естественный отбор сохранил только две цепи РНК, являющиеся производными от одного родительского провируса. Диплоидность ретровирусов дала им существенные преимущества перед другими внутриклеточными паразитами и эндосимбионтами с РНК-геномом, так как легко возникающие мутации не создают однозначных преимуществ их обладателям. Но рекомбинация между РНК-геномами двух высокоадаптированных ретровирусов позволяет им в изменяющихся условиях среды обитания совершать «эволюционно широкие прыжки». Внешне поведение ретровирусов (в нашем восприятии!) — расширение ареала собственного существования — мало отличается от поведения других паразитов и эндосимбионтов (простейших, бактерий, микоплазм, вирусов других семейств), за исключением того, что нам почти ничего не известно об этих феноменах применительно к геному клетки. Да и существовать миллиарды лет им пришлось среди свободно живущих одноклеточных эукариотических организмов, конкурируя с другими их паразитами и эндосимбионтами (см. подглаву 2.1).
Ретровирусная эволюция. Закрепление естественным отбором механизмов наращивания и усложнения генома клетки, в которых участвуют ретровирусы и ретроэлементы, привело к созданию эволюционного механизма, работающего антиэнтропийно. Дело тут в следующем. Клетка в условиях постоянства окружающей среды может достичь равновесного состояния, когда процессы самоорганизации не будут поддерживаться извне, т. е. давлением естественного отбора. Естественный отбор, в свою очередь, не может выбирать «из ничего», и эволюционный процесс прекращается. Но к летка, как элементарная живая система, способная к обмену веществ с окружающей средой и к самовоспроизведению, получает энергию из окружающей среды. За счет этой энергии (в числе прочих биохимических процессов) происходят репликация, пролиферация, ретротранспозиция, дупликация генетического материала, причем сами эти процессы уже не зависят непосредственно от окружающей среды. Наращивание и усложнение генома вида ретроэлементами приводит к формированию новых генетических структур, которые в понимании дарвинистов могут быть закреплены естественным отбором, если они кодируют адаптивные признаки. Однако те же самые процессы могут дать виду признаки, на протяжении геологических эпох не создающие ему никаких преимуществ перед конкурирующими видами (неадаптивные признаки). А заодно они позволят антидарвинистам вновь поставить «ребром» вопрос о ненаучности учения Чарльза Дарвина. К тому же такое краеугольное понятие эволюционной теории, как «естественный отбор», довольно абстрактное. Его не всегда можно зафиксировать, так как оно отделено от времени, в течение которого этот «отбор» происходит. Ретроэлементы же познаваемы в эксперименте. Поэтому процесс образования новых генетических структур за счет активности ретроэлементов я предлагаю назвать
От нейтральной эволюции она отличается тем, что в ее основе лежат совершенно иные механизмы.
Экзогенные ретровирусы и эндогенные ретроэлементы генома (ретротранспозируемые элементы) первичны по отношению к одно- и многоклеточным организмам и фактически бессмертны. Вызываемые ими эволюционные процессы (я предлагаю назвать их
1.2. Ретроэлементы генома современного вида Homo sapiens
Геном — полная генетическая система клетки, определяющая характер онтогенетического развития организма и наследственную передачу в ряду поколений всех его структурных и функциональных признаков. Суммарные данные о содержании разных видов последовательностей в геноме человека приведены в табл. 1.
Тип последовательности | Содержание, %
Экзоны генов | 1
Интроны генов | 25
Транспозируемые элементы | 45
Большие дупликации | 5
Простые повторы (микросателлиты)[3] | 3
Другие межгенные последовательности | 20
Классификация транспозируемых элементов. Почти половину генома человека составляют различные транспозируемые элементы (transposable elements, TEs). Они делятся на два основных класса: ДНК транспозоны (DNA transposones) и ретроэлементы (retroelements). Классификация транспозируемых элементов, их процентное содержание и приблизительное количество показаны на рис. 1.
А. Общая классификация
ДНК-транспозоны реплицируются без РНК-производного и теоретически способны перемещаться по геному по типу «разрезал и встроился» («cut and paste») через использование фермента транспозазы (transposase). Они фланкированы посредством инвертированных терминальных повторов (inverted terminal repeats, ITRs) и имеют одну открытую рамку считывания (open reading frame, ORF), которая кодирует фермент транспозазу. ДНК-транспозоны фланкированы через короткие прямые повторы (short direct repeats, DRs), «приобретенные» в ходе интеграционных процессов; не образуют вирусных частиц и не могут покинуть клетку.
Эволюционная история ДНК-транспозонов приматов закончилась еще до «расщепления» приматов на виды Старого и Нового Света. J. K. Pace II. и С. Feschotte (2007) исследовали не менее 40 семейств ДНК-транспозонов человека, включающих до 98 тыс. таких элементов, и установили высокую активность ДНК-транспозонов в эволюции млекопитающих и, в частности ранних приматов. Но перед радиацией приматов на предков видов-антропоидов (anthropoid primate ancestor), их транспозиционная активность прекратилась. Исследователи не обнаружили ДНК-транспозоны «моложе» 37 млн лет. Поэтому такие транспозируемые элементы считаются ими своего рода «окаменелостями» генома приматов (рис. 2).
А. Структура наиболее распространенного среди млекопитающих ДНК-транспозона (по Ostertag E. M., Kazazian H., 2001). Б. Суммарная активность ДНК-транспозонов в эволюции приматов. Столбики внизу рисунка соответствуют количеству ДНК-элементов, активных на отдельных этапах эволюции приматов (разбиты на суперсемейства). ДНК-транспозонов, активных после появления обезьян Нового Света, в геноме человека не обнаружено. HAT, piggyBac и Ес1/mariner — семейства ДНК-транспозонов, обнаруженные в геноме человека (по Pace II J. K., Feschotte C., 2007). В. Процентное соотношение ДНК-транспозонов и ретротранспозонов относительно общего количества транспозируемых элементов у эукариотических видов. Сокращения: Sc (Saccharomyces cerevisiae); Sp (Schizosaccharomyces pombe); Hs (Homo sapiens); Mm (Mus musculus); Os (Oryza sativa); Ce (Caenorhabditis elegans); Dm (Drosophila melanogaster); Ag (Anopheles gambiae, малярийный комар); Aa Aedes aegypti, комар, разносчик возбудителя желтой лихорадки); Eh (Entamoeba histolytica); Ei (Entamoeba invadens); Tv (Trichomonas vaginalis). (Feschotte C., Pritham E., 2007).
Млекопитающие сосуществовали с рептилиями еще в Триасе (230–190 млн лет назад), но лишь как дополнение к многообразию последних на планете. Основная масса ДНК-транспозонов (85 %; примерно 291 тыс. элементов) распространились среди млекопитающих в Меловом периоде (135-66 млн лет назад), когда происходило вымирание рептилий. «Расцвет» млекопитающих пришелся на Палеоген (66–25 млн лет назад). До 29 семейств (74 тыс. элементов) были активны у приматов перед их «расщеплением» на антропоидов, и 11 семейств (23 тыс. элементов) интегрировались с геномом антропоидов. Следовательно, в ходе эволюции приматов наблюдалось устойчивое снижение активности ДНК-транспозонов, но почему это произошло, еще предстоит установить. Более подробно о роли ДНК-транспозонов в эволюции эукариотов можно прочитать в работе C. Feschotte, E. Pritham (2007).
По этим данным получается, что структуры, подобные ВИЧ, обобщенно называемые ретроэлементами, и есть геном человека. Ретротранспозируемые элементы (ретроэлементы) делят на две большие группы: способные к автономному существованию (эту их «автономность» нельзя понимать буквально, так как они зависят от ферментов репарации ДНК хозяина, необходимых для их транспозиции) и неавтономные.
Выделены два класса автономных ретроэлементов: не-LTR (non-LTR) и LTR-элементы (LTR-elements), структурно сходные с ретровирусами, но утратившие функционирующий env ген.
Неавтономные ретротранспозоны не кодируют белков. К ним относятся Alu — повторы (в геноме человека их более миллиона; см. «Эволюционная роль Alu-элементов»); псевдогены, образовавшиеся в результате обратной транскрипции (см. «Эволюционная роль псевдогенов»); и SVA — элементы (аббревиатура от заглавных букв SINE — R, VNTR и
Не-LTR-ретроэлементы. Очень древние ретроэлементы. Широко представлены среди простейших организмов. Два представителя этого семейства ретроэлементов встречаются в геноме человека в очень больших количествах. Это короткие вставочные элементы (short interspersed elements, SINE) с преобладанием Alu- и MIR-повторов; и длинные терминальные вставочные повторы (long-terminal interspersed elements, LINE), представленные автономными L1 и L2 последовательностями (см. «Эволюционная роль L1 ретроэлементов»). SINE обычно имеют длину 100–400 п. о. и по большей части происходят от транскриптов генов тРНК, синтезированных посредством РНК-полимеразы III (pol III). SINE имеют внутренний промотор, который позволяет их транскрипцию РНК-полимеразой III. Они не имеют емкости, достаточной для поддержания генов амплификации, и их размножение в геноме человека зависит от LINE.
LTR-ретроэлементы. Составляют до 8 % генома человека. К ним относятся ретротранспозоны (retrotransposons), эндогенные ретровирусы (endogenous retroviruses, ERVs), человеческие эндогенные ретровирусы (human endogenous retroviruses, HERVs) и повторяющиеся элементы эндогенных ретровирусов человека (repeat elements with HERV origin), такие как SINE-R ретропозоны (SINE-R retroposons). Последние содержат участки последовательностей LTR HERV-K (рис. 3).
Стрелками показаны повторяющиеся последовательности, образованные во время интеграционных процессов. Заполненные квадраты соответствуют промоторным регионам. А-последовательности показывают первоначальное полиаденилирование (original polyadenylation). Сокращения: bp — пары оснований; Orf — открытая рамка считывания; LTR — длинные концевые повторы (по Bannert N., Kurth R., 2004).
В геноме человека содержится не менее 98 тыс. ERV (Paces J. et al., 2002). Ген env ERV придает способность ретровирусу распространяться между клетками и индивидуумами. Отдельные LTR эндогенных ретровирусов и ретротранспозоны, образовавшиеся благодаря рекомбинационным процессам, в которых участвуют сами LTR-ретроэлементы, встречаются в геноме человека на один-два порядка чаще, чем эндогенные ретровирусы. Всего выделяется 6 суперсемейств LTR-ретроэлементов (табл. 2).
Элемент | Характеристика
Класс I ERV | Сходен с типом С или гамма-ретровирусами
Класс II ERV | Сходен с типом B или бета-ретровирусами
Класс III ERV | Отдаленно связан со спума-ретровирусами
MER4 | Неавтономный, связанный с ERV
MST | Названы по общему MstII рестрикционному сайту
MLT | LTR транспозоны млекопитающих
Принимая во внимание то, что эндогенные ретровирусы классов I и II проникли в зародышевую линию примитивных приматов как инфекционные ретровирусы и в последующем подвергались взрывной амплификации и транспозиции в периоды активной эволюции приматов, другие суперсемейства, вероятно, соответствуют древним ретротранспозонам, которые амплифицировались на ранних этапах эволюции млекопитающих. Только небольшая часть «молодых» субтипов Alu и L1 non-LTR-элементов остаются активными в геноме человека (Medstrand P. et al., 2002).
В механизме «перехода» экзогенного ретровируса в эндогенный много неясного. Эндогенизации у людей известных экзогенных ретровирусов пока не зафиксировано. Вероятность таких событий для генома нашего вида нельзя исключать, так как сходные процессы обнаружены у других млекопитающих. Например, вирус рака молочной железы мышей (mouse mammary tumor virus, MMTV), вирус мышиной лейкемии (murine leukemia viruses), вирус птичьей лейкемии (avian leukemia viruses, ALV) и вирус кошачьей лейкемии (feline leukemia virus, FeLV) встречаются у своих хозяев как в эндо-, так и в экзовариантах (Medstrand P., Mager D. L.,1998). Как будет показано ниже (см. «Эволюционная роль HERV-K»), эндогенизация ретровирусов у гоминид происходит не только очень редко (в масштабах времени скорее геологических, чем отражающих продолжительность существования вида), но и в периоды каких-то важных эволюционных событий для этого семейства в целом.
Попытки таксономии эндогенных ретровирусов человека приводят ученых к замешательству. Предпочтительным приемом таких исследований является использование аминокислотной специфичности тРНК, которая гибридизуется с праймер-связывающим сайтом (primer-binding site). Например, HERV-K использует лизинспецифическую тРНК как праймер для инициации реакции обратной транскрипции. Но сегодня известно, что весьма различные ретровирусы используют этот же праймер. Кроме того, неполная информация по коротким участкам вирусов, содержащим мутации и делеции, делает их классификацию почти невозможной. К этому надо добавить лабораторные ошибки, когда отдельные ретровирусы выделяются и именуются произвольно в разных лабораториях (Bannert N., Kurth R., 2004).
Эволюционная роль HERV-K. Наиболее вероятной схемой появления в геноме человека мультикопийных семейств HERV, N. de Parseval и T. Heidmann (2005) считают следующую: экзогенные ретровирусы случайно инфицируют клетки зародышевой линии (germline cells) во время развития плода. После первичной «колонизации» генома ставшие эндогенными ретровирусы передаются вертикально. Амплификация копий «предкового» провируса осуществляется путем внутриклеточной ретротранспозиции и повторной интеграции в клетки зародышевой линии. Каждая новая колонизация таких клеток дает новое семейство или линию ERV.
Очень немногие из 30–50 идентифицированных групп эндогенных ретровирусов человека содержат открытые рамки считывания для генов трех основных структурных белков Gag, Pol и Env (см. подглаву 1.3). Все они принадлежат к молодому семейству HERV-K, которое поддерживается в геноме приматов Старого Света (Old World monkeys, OWMs), включая человекообразных обезьян и людей. Всего же, по данным pol-специфического микроанализа, среди OWM выявлено не менее 8 семейств гаммаретровирусов, 9 семейств бетаретровирусов и 5 субгрупп HERV–L элементов (Greenwood A. D. et al., 2005). Происхождение многих эндогенных ретровирусов человека уходит в глубину эволюционной истории только приматов примерно на 30–45 млн лет (см. работы Sverdlov E. D., 2000; и Hughes J. F., Coffin J. M., 2005). В действительности они должы быть намного древнее. По крайней мере, 31 семейство HERV являются потомками независимых актов инфекции экзогенными ретровирусами (Belshaw R. et al., 2005).
На рис. 4. показаны гипотетические модели дивергенции видов приматов, произошедшей в периоды «после» эпизоотий ретровирусных инфекций, имевших место 38-5 млн лет назад.
А. Показано распределение эндогенных ретровирусов, интегрировавшихся с геномом передкового вида современных приматов в период от 30 до 5 млн лет назад. «Звездочками» указаны периоды ретровирусных эпизоотий, следы которых обнаруживаются в геноме современных приматов (см. табл. 3). Числа в перевернутых треугольниках показывает ориентировочное время (в млн. лет) расхождения отдельных эволюционных ветвей приматов (за основу мною взята схема Coffin J. M., 2004).Б. Эволюционная история эндогенного ретровируса семейства ERV9 на фоне эволюционного древа приматов — частный случай участия ретровирусов в дивергенции видов приматов. Экспансия ERV9 (линия А ретровируса) в геноме предковых видов современных приматов Старого Света началась 38–30 млн. лет назад. Но наиболее активно экспансия ERV9 по геному приматов осуществлялась в период их дивергенции от гиббонов на высшие виды обезьян (16 — 6 млн лет назад). Максимум транспозиционной активности семейством ERV9 достигнут 8–6 млн лет назад, затем это ретровирусное семейство «угасло» (Costas J., Naverira H., 2000).
Правда J. M. Coffin (2004), нарисовавший большую часть схемы А данного рисунка, представляет дивергенцию приматов бесхитростно, как некое прогрессивное явление, имеющее своей целью создание именно тех их видов, во главе которых сегодня как венец творения Природы стоит человек, на чем этот процесс, разумеется, заканчивается. Но так не бывает. У природы нет вечных любимчиков, маховик эволюции может ускоряться и замедляться, но вращаться он будет постоянно, пока существует жизнь.
Если придерживаться распространенной точки зрения на эндогенизацию ретровирусов как на процесс «перехода» экзогенного ретровируса, вызывающего эпидемии среди своих новых хозяев (а для наших отдаленных предков правильнее использовать термин «эпизоотии»), в эндогенный вирус-мутант, неспособный образовывать вирусные частицы и передаваться горизонтально, то надо предполагать еще и ту цену, которую заплатил отряд приматов за эту «интеграцию». Такая «эндогенизация ретровируса» неизбежно должна сопровождаться массовым вымиранием отдельных видов и даже семейств приматов. Учитывая особенности этих инфекционных процессов, «эндогенизация» в нашем восприятии времени длилась бы десятки тысяч лет (см. Супотницкий М.В., 2000; 2006). Обычно палеоантропологи теряются в догадках о причинах вымирания видов без вроде бы должных на то оснований (изменение климата, тектонические и космические катастрофы и т. п.; иных обычно они себе не представляют (см. работу Оппенгеймера С., 2004).
Оценки возраста ретровирусов делаются на основе сравнения последовательностей двух LTR и знания того, что HERV накапливают мутации со скоростью от 2.3х10 -9 до 5х10 -9 замен нуклеотидов в год, т. е. одно изменение в нуклеотидной последовательности LTR каждые 200 тыс. — 450 тыс. лет. Некоторые ретроэлементы геномов приматов Старого Света имеют возраст не менее 55 млн лет (Bannert N., Kurth R. 2004).
Интересно отметить то, что обезьяны Нового Света (New World monkeys, NWMs) обычно либо вообще не имеют, либо имеют только сильно редуцированные копии ERV большинства классов (Greenwood A. D. et al., 2005). Следовательно, ретровирусное инфицирование вида возможно не при всех сценариях его существования. Однако если оно произошло и привело к эндогенизации ретровируса, то влечет за собой труднопрогнозируемые эволюционные последствия на протяжении нескольких миллионов лет. Объяснение причин отсутствия следов «ретровирусных атак» в геноме обезьян Нового Света представляет собой не менее интересную задачу, чем объяснение их наличия для обезьян Старого Света. Получается, что существуют либо неизвестные источники ретровирусов для приматов (и с ними не соприкасались приматы Американского континента), либо в природе имеются какие-то терминаторы ретровирусных эпизоотий, которые не представлены в Старом Свете. А вот результат эволюции без «эндогенизации» ретровирусов, как говорится, «на лицо». Обычно обезьян Нового Света относят к надсемейству примитивных широконосых обезьян. Это мелкие обезьяны с широкой хрящевой носовой перегородкой, с направленными вперед ноздрями и с когтеобразными ногтями. Большой палец не противопоставляется другим, полушария мозга гладкие. Свою цену за эволюцию они явно не заплатили. Но теперь вернемся к тем, кто «платил за все».
Ретровирусы семейства HERV-K у приматов Старого Света были активны перед и после эволюционного разделения человека и шимпанзе 5–6 млн лет назад. Некоторые из них встречаются исключительно только у людей, тем самым показывая, что они интегрировались с его геномом уже после разделения этих линий (табл. 3).
HERV-K | Положение в хромосоме человека | Наибольшая дистанция до вида, в котором провирус был обнаружен | Оценка времени интеграции (млн лет)
HERV-K | Положение в хромосоме человека | Наибольшая дистанция до вида, в котором провирус был обнаружен | Оценка времени интеграции (млн. лет) | Дата «расхождения» с общим предком (млн. лет)
4q32 | 166274445-166281673 | шимпанзе | 7,2-10,5 | 6
HERVK(II) (Chr, 3) | 102893427-102902549 | горилла | 4,9–5,9 | 7
12q24 | 132277472-132283414 | горилла | 6,6–9,8 | 7
10p14 | 6906147-6915609 | горилла | 9,0-12,6 | 7
19p13.11A | 22549664-22556401 | горилла | 10,3-15,4 | 7
22q11 | 22204481-22215171 | горилла | 28,6-38,9 | 7
9q34.3 | 136950603-136960065 | орангутан | 11,1-12,7 | 14
3p25 | 9864346-9871236 | орангутан | 13,4-19,8 | 14
1q23 | 163306258-163311916 | орангутан | 15,9-17,3 | 14
19p13.11B | 20248400-20258515 | орангутан | 26,4-28,1 | 14
11q12 | 61892539-61907139 | гиббон | 17,5-21,0 | 18
19q13.1 | 42289389-42298906 | гиббон | 21,0-36,3 | 18
6p22 | 28758347-28768714 | гиббон | 25,0-32,4 | 18
20q11 | 32179289-32188037 | OWM | 12,8-18,3 | 25
6p21 | 42969390-42979344 | OWM | 7,4-13,1 | 25
Процесс интеграции ретровирусов с геномом приматов не носил линейный характер. Эволюция приматов сопровождалась взрывной амплификацией ретроэлементов в их геноме. «Новые» HERV-K неоднократно занимали участки генома, принадлежащие «старым» HERV-K по механизму гомологичной рекомбинации. По крайней мере, 1/3 из исследованных провирусов подверглась эктопической рекомбинации (ectopic recombination) (Hughes J. F., Coffin J. M., 2005). J. M. Coffin (2004) указывал на периоды в эволюции приматов «без активности ретровирусов». R. Belshaw et al. (2004), исследовавшие env ген HERV восьми семейств, считают, что реинфекция является наиболее общим механизмом поддержания и пролиферации эндогенных ретровирусов в их хозяевах (см. подглаву 1.3 «Реинфекция»). Однако высокая частота этих событий затрудняет точную оценку времени эндогенизации ретровирусов на основе оценок дивергенции между LTR (рис. 5).
LTR заново интегрировавшихся HERV-K элементов показаны серым цветом (по Hughes J. F. и Coffin J. M., 2005).
В эволюции шимпанзе и людей участвовали разные эндогенные вирусы и с разными сценариями активности. P. Jern et al. (2006) нашли различия в недавней (т. е. имевшей место в ближайшие 5 млн лет) активности бета-подобных и гамма-подобных эндогенных ретровирусов в геномах этих видов приматов. Две большие группы гамма-подобных эндогенных ретровирусов (PtG1 и PtG2) поддерживались в геноме шимпанзе и отсутствовали у людей; PtG последовательности были наиболее сходны с двумя ERV бабуинов, но не с ретровирусами данного типа других шимпанзе или людей. Сама же гамма-ретровирусная интеграционная активность была разделена во времени от бета-ретровирусной (табл. 4).
- | Человек | Шимпанзе |
Выявленный элемент | β | γ | β | γ |
ERV | 12 | 12 | 1 | 35
gag*[7] | 12 | 10 | 1 | 18
pro* | 12 | 4 | 1 | 27
pol* | 12 | 11 | 1 | 27
env* | 12 | 2 | 1 | 22
«LTR-gag-pro-pol-env-LTR» | 12 | 1 | 1 | 1
Для исследователей роли ретроэлементов в эволюции человека должно представлять интерес и обнаружение D. J. Hedges et al. (2004) разных сценариев эволюционной активности Alu-элементов, также начавших свой отсчет после дивергенции видов H. sapiens и P. troglodytes (см. «Эволюционная роль Alu-элементов»). Еще более любопытные результаты дает сравнительный анализ экспрессии эндогенных ретровирусов в различных тканях разных видов приматов. Например, анализ 215 образцов РНК, полученных из мозга людей, показал явную специфичность экспрессионного профиля HERV разных семейств и классов (Frank O. et al., 2005).
Недавние эксперименты позволили установить, что фундаментальные биологические различия между видами приматов являются следствием не столько вариаций в их генах, сколько результатом различий в экспрессии и регуляции одних и тех же генов (эволюция по типу анагенеза). Например, исследования, основанные на микроанализе ДНК, показывают, что экспрессия сложных генов человеческого мозга значительно превышает их же экспрессию у нечеловекообразных приматов.
Но ткани, иные чем мозг, у этих же приматов не показывают значительных различий в экспрессии генов (Stengel A. et al., 2006). А. Stengel et al. (2006) сообщили о собственных экспериментах по оценке экспрессии генов HERV в различных тканях приматов разных видов. Ими установлено, что большинство анализируемых HERV активно экспрессировались в тканях мозга человека, но оказывались либо полностью неактивными в аналогичных тканях обезьян Старого Света, либо их экспрессия была незначительной. Данные, полученные O. Frank et al. (2005) и А. Stengel et al. (2006), интересно сопоставить с более ранними наблюдениями палеоантропологов по эволюции мозга человекообразных приматов, обобщенных в работе С. Оппенгеймера (2004). Его собственные объяснения эволюции человека сводятся к необходимости приспособления приматов к внешним факторам, среди которых он на первое место ставит похолодание климата Земли, начавшееся 7–8 млн лет назад. И в качестве адаптивного признака к холоду антрополог Оппенгеймер почему-то видит увеличение объема мозга человекообразных приматов, а не увеличение длины их шерсти или толщины костей черепа. Проанализируем собранные им данные применительно к вышеуказанным работам и к результатам исследования дивергенции видов приматов, полученных другими авторами (см. рис. 4).
По данным антропологических исследований, примерно 7–8 млн лет назад произошло резкое сокращение числа видов человекообразных приматов, совпавшее по времени с расширением площади безлесых травяных степей и глобальным похолоданием, продолжавшимся несколько миллионов лет. Но именно в этот период произошла дивергенция какого-то неизвестного вида приматов на виды, в последующем дивергировавшие на гоминоидов (наших ближайших предков), горилл, орангутанов, бабуинов и шимпанзе. «Списать» оба эти процесса только на «похолодание» не удается, так как тогда же вспыхнули массовые эпизоотии ретровирусных инфекций, оставивших в качестве «отпечатков» в геноме этих видов не менее семи типов эндогенных ретровирусов. Эпизоотии были настолько масштабными, что почти не сохранили в геноме выживших видов приматов «следов» других подобных эпизоотий за предшествующие несколько миллионов лет (см. табл. 3). Массовая гибель приматов снизила заполненность занимаемых ими экологических ниш и способствовала увеличению темпов видообразования у тех представителей их отряда, которые «прошли» через процесс эндогенизации новых ретровирусов. Тогда же стали появляться виды приматов (гоминоиды), которых сегодня палеоантропологи считают нашими предшественниками, т. е. с увеличенным объемом мозга. Следовательно, ретровирусная эндогенизация при условии освобождения экологических ниш, создала условия для эволюции отряда приматов по типу кладогенеза (рис. 6).
Произошла 5–2 млн лет назад после процессов эндогенизации ретровирусов, наиболее представленных в нашем геноме в настоящее время. «Звездочкой» обозначена массовая ретровирусная эпизоотия, ее «следы» сегодня обнаруживаются в геноме приматов в качестве эндогенных ретровирусов (за основу взята схема Оппенгеймера С., 2004).
Любопытно и то, что с этого периода времени у предков шимпанзе и предков человека функционируют разные эндогенные вирусы и с разными сценариями активности (см. выше данные Jern P. et al., 2006). С этого же времени у крупных травоядных обезьян за весь период сравнения (5 млн лет) не было выявлено никаких признаков увеличения объема мозга, тогда как у гоминоидов обеих ветвей Homo (ergaster и babilis) и Parantbropus (boisei) такие изменения произошли.
В этот период появилось не только несколько новых видов Homo и Parantbropus со значительно большим объемом мозга, но и, что весьма показательно, объем мозга увеличился у всех гоминоидов в пределах каждого вида с 400 до 900 см3 (Elton S. et al., 2001).
С. Оппенгеймер (2004) отмечает прерывистость увеличения объема мозга при переходе от древних гоминоидов к современному человеку. Он приводит следующий пример. Увеличение объема мозга между древнейшим Homo babilis, жившим примерно 2 млн лет назад, и Homo rbodesiense, жившим 1,07-1,3 млн лет назад, т. е. в период 700 тыс. лет, составило более чем в 2,5 раза. В последующие же 1,2 млн лет, несмотря на тот факт, что гоминоидам было присуще некоторое увеличение объема мозга, от достижения объема мозга современного человека их отделяло всего 6 %. Фактически же за последние 150 тыс. лет у человека современного типа имело место снижение объема мозга.
Оппенгеймер, привязавший свою теорию эволюции гомининоидов к похолоданиям климата, не смог скрыть своего удивления, когда не нашел очередных скачков роста объема их мозга в ледниковые периоды последнего миллиона лет и, в частности, ледникового периода, закончившегося 30 тыс. лет назад. Эндогенные ретровирусы участвуют в эволюции приматов не только через увеличение активности и объема их мозга, но и посредством «частных улучшений», когда они берут «на себя» новую функцию для генома (рис. 7).
LTR-последовательностям интегрированного провируса соответствуют прямоугольники, между ними последовательность ДНК вируса (прямая линия). Клеточная ДНК показана волнистой линией. Мутации изображены как звездочки или точки. Их обнаруживают двух типов: те, которые видоизменяют у потомков 5’ и 3’LTR (звездочки), и которые после интеграции только предшествуют видообразованию; и те, которые непосредственно способствуют дифференциации видов, т. е. видообразованию (точки) (по Hughes J. F. и Coffin J. M., 2005).
Количество задокументированных случаев, в которых эндогенные ретровирусы человека функционировали миллионы лет как промоторы или энхансеры (эволюция по типу анагенеза), в последние годы становится все большим (табл. 5).
Элемент | Ген (промотор) | Функциональная роль
HERV-E | Mid1 | Opitz-syndrome
HERV-E | Аполипротеин С1 | Печень и другие ткани
HERV-E | Эндотелин-В рецептор | Плацента
HERV-E | Плелотрофин | Трофобласты
HERV–L | бета1,3-галактозилтрансфераза | Толстая кишка, молочная железа
ERV II | BAAT (трансфераза) | Метаболизм
ERV I | Ароматаза | Плацентарный эстрогенный синтез
ERV III | Карбоновая ангидраза 1 | Эритроид-карбон метаболизм
LTR + LINE-2 | Шаперонин (сhaperonin) | McKausick-Kaufman синдром
HERV | INSL4 (семейство инсулинов) | Плацента
Сопоставление палеонтологических доказательств S. Elton et al. (2001) и С. Оппенгеймера (2004) прерывистости в увеличении мозга гоминид с результатами исследований P. Jern et al. (2006) и J. M. Coffin (2004) по эндогенизации ретровирусов в геноме приматов, позволяет нам сделать предположение, что оба этих явления находятся в причинно-следственной связи и «укладываются» в теорию прерывистого равновесия эволюции видов (пунктуализм), сформулированную в 1972 г. С. Гоулдом (Stephen Jay Gould, 1941–2002) и Н. Элдриджем (Niles Eldredge, р. 1943). Их теория дополняет дарвиновскую теорию постепенной эволюции (градуализм). В ее основе лежит антиэнтропийный эволюционный механизм, названный мною «ретровирусной эволюцией» (см. подглаву 1.1).
Теория прерывистого равновесия эволюции видов предполагает, что в эволюции видов чередуются длительные периоды стабильности, когда основные черты вида сохраняются неизменными, и короткие периоды быстрых изменений, в ходе которых вид преобразуется — либо целиком превращается в другой вид, либо делится на два или более новых вида, либо «отпочковывает» их от себя (Pagel M. et al., 2006). Судя по приведенным выше данным, реализуется этот эволюционный механизм после массовых ретровирусных эпизоотий, заканчивающихся эндогенизацией ретровирусов в геноме выживших видов и наращиванием генома вида-хозяина путем образования новых собственных копий ретроэлементов; его усложнения путем образования новых экзонов из интронов и/или увеличения количества генов, подвергающихся альтернативному сплайсингу.
Заканчивая рассмотрение роли эндогенных ретровирусов в эволюции человека, важно отметить тот факт, что процесс эндогенизации отдельных ретровирусов имел место и после сформирования вида Homo sapiens (т. е. приблизительно 170 тыс. лет назад — оценка Оппенгеймера С., 2004). Например, возраст обнаруженного G. Turner et al. (2001) провируса HERV-K113 не превышает 100 тыс. лет. Он локализован в хромосоме 19 (19p13.11) и не полностью зафиксирован в человеческих популяциях. Генотипирование генетически различных популяций показало зависимость его аллельной частоты от исследуемой этнической группы. Провирус весьма распространен среди людей, живущих в Африке, Азии и Полинезии.
Основываясь на данных G. Turner et al. (2001), N. Bannert и R. Kurth (2004) предположили, что полностью интактные и активные аллели HERV все же либо представлены в популяциях людей с очень низкой частотой, либо встречаются с высокой частотой, но в генетически разделенных этнических группах. G. Turner et al. (2001) полагают, что их находка показывает способность HERV-K реинфицировать популяции людей в недавнем эволюционном прошлом, и что HERV-K113 реинфицирует людей даже сегодня (см. подглаву 1.3 «Реинфекция»; и подглаву 4.3«
Эволюционная роль L1 ретроэлементов. Обнаруженные в геноме современного человека L1 ретротранспозоны имеют свою собственную эволюционную историю, насчитывающую не менее 100–150 млн лет (Furano A.V., 2000; Han K. et al., 2005); т. е. в известном нам виде они существовали у класса млекопитающих еще во времена господства рептилий. Сегодня они образуют 16 различных семейств (L1PA16–L1PA1). Их активность в геноме человека значительно большая, чем HERV. Эффективно дуплицируя сам себя, L1, вероятно, играют ключевую роль в увеличении генома вида посредством размножения нетранспозируемых Alu- и SVA-элементов и образования ретропсевдогенов (см. «Эволюционная роль ретропсевдогенов»).
Структура типичного полноразмерного L1-элемента показана на рис. 8.
5’-нетранслируемый регион (5’-UTR) — является внутренним промотором транспозона, не зависящим от окружающих его нуклеотидных последовательностей. Далее идут открытая рамка считывания I (ORF I), кодирующая 40 кд (р40) РНК-связывающий белок (RNA-binding protein); короткий межгенный регион (intergenic region) протяженностью 63 п.о., содержащий стоп-кодон для всех рамок считывания (мРНК L1 атипична для мРНК млекопитающих, так как она бицистронна); и малоэффективная открытая рамка считывания II (ORF II), кодирующая L1-репликазу (L1 replicase). Она содержит три консервативных домена: NH2-терминальный домен эндонуклеазы (endonuclease, EN), центральный домен обратной транскриптазы (reverse transcriptase, RT) и COOH-терминальный цинк-шарнирный домен (COOH-terminal zinc knuckle-like domain — на схеме не показан). Далее идет 3’-нетранслируемый регион (3’-UTR), содержащий консервативный G-обогащенный полипуриновый мотив (G-rich polypurine motif). AATAAA поли А-сигнал (AATAAA poliA signal) требуется для терминации РНК полимеразы II типа (RNA polymerase II, Pol II). Геномные копии L1 обычно заканчиваются А-обогащенным участком (poliA tail, показан прямоугольником). На рисунке также показаны нуклеотидные вариации разных семейств L1-элементов (Ta-1, Ta-0, L1PA2 и L1PA5) (Ostertag E. M., Kazazian H., 2001; Boissinot S. et al., 2004).
Механизм репликации L1 аналогичен другим РНК, он включает образование транскриптов других ретроэлементов, например, Alu. У млекопитающих большинство L1 неактивны из-за вставок и точечных мутаций. Из 520 тыс. L1-ретротранспозонов генома человека только около 5 тыс. имеют полноразмерный геном. Вставочная история L1-элементов генома человека в основном написана семейством Ta-1, составляющим до 90 % их популяции. Это семейство содержит значительно большее количество полноразмерных транспозонов (full-length, FL), чем L1PA2 и L1PA5 семейства, которые считают более древними. Для интеграции Ta-1 предпочитают области с низким содержанием GC. S. Boissinot et al. (2004) нашли, что Ta-1 элементы вставлены в интроны 46 известных генов и они в два раза чаще ориентированы в антисмысловом направлении в отношении этого гена (67 %), чем в смысловом (33 %). Воздействие L1-ретротранспозонов на геном человека происходит по следующим механизмам (рис. 9):
(а) L-элемент распространяется по геному через транспозицию. Он копируется по принципу «copy and pasty». L-белки синтезируются с их мРНК (cis-предпочтение). Следовательно, активны только полноразмерные элементы с двумя открытыми рамками считывания. Активный L сначала транскрибируется in siti, затем его РНК обратно транскрибируется и интегрируется с геномом в новом участке. L-ретротранспозон может интегрироваться с хромосомой в виде полноразмерной копии (А). Однако часто он оказывается 5’-усеченным (В) или 5’-инвертированным и усеченным (С), образуя неактивные копии исходного ретротранспозона.
(b) отдельные неавтономные ретротранспозоны, такие как Alu, могут быть транспозированны in trans, механизмом, используемым L1, в дальнейшем способствуя увеличению размера генома.
(с) L1 случайно вставляется в последовательность гена, вызывая генетическую болезнь.
(d) L1 может вызывать генетическое поражение через дупликацию или делецию гена после неправильной гомологичной рекомбинации.
(е) РНК-полимераза L1 часто обходит принадлежащий ретроэлементу поли А-сигнал, использует такой же, лежащий по направлению транскрипции, поэтому последовательность ДНК хромосомы, фланирующая L1 3'-сайт (заштрихованный прямоугольник), может быть перенесена в другой участок генома (D). Ретропозиция 3'-экзона в другой ген, может привести к «перетасовке» экзонов (E, F). По данным J. L. Gooldier et al. (2000), приблизительно 20 % L1-вставок содержат 3'-трансдуцируемые последовательности. Обычно размер таких вставок находится в пределах 500 — 3 килобаз.
(f) Экспрессия гена может быть усилена через присутствие L1. Отдельные L1 имеют антисмысловые Pol II промоторы, которые влияют на экспрессию находящихся в непосредственной близости генов (G). Другие L1 могут выполнять функции энхансеров и регулировать гены, находящиеся на некотором расстоянии от них.
Примером участия L1-ретротранспозонов в эволюции человека по типу анагенеза является образование секретируемых форм человеческого трансмембранного белка аттрактина (attractin). L1-ретротранспозируемый элемент обеспечил преждевременный стоп-кодон и полиаденилационный сайт, ответственные за синтез усеченного растворимого аттрактина. Обе формы, трансмембранный и растворимый белки, вовлекаются в клеточные взаимодействия в течение воспалительного процесса. Таким образом, вставки L1-ретроэлементов в данном конкретном случае создали для вида Homo sapiens более тонкие механизмы регуляции воспалительных ответов (Tang W. et al., 2000).
Эволюционная роль Alu-элементов. Среди других семейств ретроэлементов, Alu наиболее многочисленны в геноме человека. Они представлены более чем 1,4 млн копий, которые соответствуют 10 % всей массы генома. Их число продолжает расти, и они встраиваются во все новые сайты с частотой примерно одно новое встраивание на 100–200 новорожденных (Аст Г., 2005).
Происхождение первых Alu-мономеров, называемых также «окаменелыми» Alu-мономерами (fossil Alu monomers, FAMs), неизвестно; и их история уходит в глубину геологического времени. Они имели размер примерно в 160 кб и в геноме человека представлены незначительно. «Современные» Alu — элементы появились не ранее чем 55 млн лет назад, фактически в эпоху «до приматов-антропоидов». Эти ретроэлементы представляют собой продукт слияния «голова к хвосту» двух различных FAM, которые дали начало димерной структуре, состоящей из двух сходных, но не идентичных мономеров (левое и правое плечо Alu), соединенных через A(аденин) — обогащенный линкер. Транскрибированная с Alu-элементов Alu-РНК является высоко структурированной, и поддерживает строгое структурное сходство со своей предковой РНК (Hasler J. и Strub K., 2006).
«Современные» Alu-повторы классифицируют в соответствии с их возрастом. Субсемейство Alu J было активно в период дивергенции приматов на его основные классы. Субсемейство Alu S наиболее активно амплифицировалось в геноме приматов в период появления первых антропоидов, т. е. приблизительно 40 млн. лет назад. Alu Y — самые «молодые» из них. Они по-прежнему активны в отдельных семействах человекообразных приматов (Quentin Y., 1988). В геноме человека все Alu-вставки приходятся на AluY субсемейство или его производные. Из них наиболее представлены AluYa5 и AluYb8 субсемейства, 25 % и 38 % локусов, соответственно (Hedges D. J. et al., 2004).
D. J. Hedges et al. (2004) нашли двукратное увеличение вставок Alu у людей, по сравнению с их количеством у шимпанзе (Pan. troglodytes). Но уровень различий Alu, интегрировавшихся с геномом шимпанзе, в 1,7 раз выше, чем у людей (рис. 10).
D. J. Hedges et al. (2004), также как и P. Jern et al. (2006), обнаруживших разные сценарии активности эндогенных ретровирусов у людей и шимпанзе, пришли к выводу, что Alu-элементы у людей уже несколько миллионов лет проявляют значительно большую эволюционную активность, чем у шимпанзе (см. «Эволюционная роль HERV-K»). Распределение Alu-повторов по геному человека весьма неравномерно как между хромосомами, так и по их длине. В хромосомах 14, 16, 21 Alu-последовательности концентрируются в области центромеры, а в хромосомах 4, 19, 20, Х и Y человека выраженные кластеры Alu-повторов не найдены (рис. 11 и 12).
Размер Alu-повтора около 300 п.о. В 170 п.о. от начала элемента расположен сайт узнавания рестриктазой AluI (отсюда и его название). Повтор имеет характерную димерную структуру. Состоит из двух похожих, но не эквивалентных прямых повторов длиной около 130 п. о. — левое и правое плечи (left and right arms). Правое плечо содержит вставку из 31 нуклеотида, богатую аденином. Плечи разделены A-богатым регионом (Mid A-stretch), правое плечо закачивается коротким poly(A) — хвостом (terminal A-stretch). Левое плечо содержит функционирующие, но слабые A и B боксы (boxes) внутреннего промотора РНК-полимеразы III (по Hasler J. и Strub K., 2006).
Подчеркнутые буквы и точки показывают связывающие сайты SRP9/14 и спаривание оснований третичной структуры между двумя петлями, соответственно. Типичная Alu-РНК представляет собой димер сходных, но не эквивалентных плеч, которые соединены через А-обогащенный линкер (Weichenrieder O. et al., 2000).
Alu-элементы амплифицируются через РНК-производное посредством механизма ретротранспозиции, зависящего от других транспозонов (например, LINE-1). Сами они не кодируют генов белков.
К настоящему времени установлено их участие в следующих процессах, способствующих эволюции приматов по типу анагенеза.
Присутствие отдельных потенциально подверженных сплайсингу сайтов в Alu-консенснусных последовательностях дает основание предположить, что они были вовлечены в кодирующий регион через экзонизацию — процесс образования экзонов в интронных областях. Он стал возможен благодаря существованию у Alu-последовательностей участков (motifs), имеющих сходство с сайтами сплайсинга, или они образуют такой сайт посредством вариаций отдельных нуклеотидов интегрировавшимся Alu-элементом (рис. 13).
Гипотетически Alu-элементы вставляются в ориентации, которая противоположна смысловой транскрипции интронного региона гена. Этот элемент имеет мажорный 3’-сайт сплайсинга вблизи позиции 275 и мажорный 5’-сайт сплайсинга вблизи позиции 158. Использование альтернативного сайта сплайсинга Alu-элементом ведет к вариациям зрелой (матричной) РНК.A. Pre-мРНК подвергается актам сплайсинга (1; 2; 3). 3’- and 5’-сплайсинг сайты показаны без скобок. Альтернативные сплайсинг-сайты включены в квадратные скобки. B. Под актом 1 показан правильный сплайсинг без Alu-экзонизации. C. Экзонизация интронного Alu-элемента через использование его 5’- и 3’-сплайсинг сайтов вместе с 5'—сплайсинг сайтом экзона 1 и 3’ сплайсинг сайтом экзона 2; результат актов сплайсинга 2 и 3. Экзонизирован только Alu-элемент. D. Экзонизация интронного Alu-элемента посредством его 3’-сплайсинг сайта вместе с 5’-сплайсинг сайтом экзона 1; результат акта сплайсинга 2. Alu-элемент и 3’-конец интрона 2 были экзонизированы. E. Экзонизация интронного Alu-элемента посредством использования 5’-сплайсинг сайта вместе с 3’-сплайсинг сайтом экзона 2; результат акта сплайсинга 3. Alu-элемент и 5’-конец интрона 1 экзонизированы (по Hasler J. и Strub K., 2006).
R. Sorek et al. (2002) идентифицировали подмножество альтернативных сплайсингированных внутренних экзонов, из которых до 5 % были производными от Alu-элементов, и установили, что все экзоны, содержащие Alu, образовались в результате альтернативного сплайсинга. Эти же авторы показали, что до 85 % экзонов, содержащих Alu, являются производными от антисмысловых Alu-элементов и что благодаря существующим тонким взаимодействиям между сайтами сплайсинга, некоторые мутации способны привести к повороту сплайсинга от альтернативного к конститутивному. Эволюционный процесс, приводящий к экзонизации частичные и полные Alu-элементы, представляет собой случайное совпадение мутаций.
Например, S. Singer et al. (2004) реконструировали последовательность событий, приведших к образованию альтернативного 5’-экзона гена рецептора фактора некроза человека (p75TNFR). По крайней мере, пять мутационных событий, произошедших в течение 63 млн лет эволюции приматов, оказались необходимыми для случайной экзонизации и фиксации гена p75TNFR:
1) интеграция с геном примата Alu-элемента;
2) приобретение альтернативного сайта начала транскрипции;
3) образование альтернативного стартового кодона;
4) формирование сайта сплайсинга; и только после этого;
5) случайная, в 7 нуклеотидов, делеция привела к образованию открытой рамки считывания.
На рис. 14 суммированы результаты M. Krull et al. (2005), полученные ими при оценке возраста четырех генов и ранее описанного Singer et al. (2004) гена p75TNFR.
Интеграционные акты показаны в виде черных кружков с белыми надписями, указывающими субсемейства Alu. Стрелками показано спроецированное время экзонизации в миллионах лет после интеграции Alu. Вероятное полное аннулирование экзонизации этих же генов для Cercopithecoidea и Hylobates показано открытыми кольцами. Феномен аннулирования экзонизации уже сам по себе свидетельствует не только о возможности «прогрессивной эволюции» под воздействием процессов, в которых участвуют ретроэлементы, но и, наоборот, о возможности регресса вида и его замещения более примитивными эволюционными ветвями. Ген RPE2-1 (ribulose-5-phosphate-3-epimerase transcript variant 2) у людей найден в пределах хромосомы 2q32-q33.3.Ген C-rel-2 (изоформа C-rel прото-онкогенного протеина) у людей расположен в хромосоме 2p13-p12.Ген MTO1 (mitochondrial translation optimization gene homolog) у людей расположен в хромосоме 6q13.Ген PKP2 (plakophilin) у людей расположен в хромосоме 12p11.Судя по этим данным, большинство из экзонизированных элементов интегрировались с геномом приматов перед их дивергенцией на антропоидов. В локусе p75TNFR отдельные изменения последовали за интеграцией через период в несколько миллионов лет, рекрутировавшие эти последовательности как экзоны и зафиксировавшие их в линии, ведущей к Сatarrhines. Теоретически Alu-элементы, ретропозировав в MTO1-3 и в PKP2-4, могли проявить активность немедленно после интеграции. Ретропозированный в MTO1-3 Alu-элемент изначально обладал необходимой последовательностью для альтернативного сплайсинга. В случаях RPE2-1 и PKP2b-4, вставки Alu-элементов были активированы криптическими (cryptic — загадочный) 5’- или 3’-сплайсинг-сайтами в интронных последовательностях, которые в случае с PKP2b-4 привели к дополнительной экзонизации рандоминизированной (randomized) интронной последовательности. Более подробно эти наблюдения описаны в работе M. Krull et al. (2005).
Вставки Alu-экзонов вводят преждевременные терминальные кодоны или рамки считывания, а сами Alu-элементы генома человека действуют как очень большой резервуар альтернативных экзонов. В большинстве случаев экзонизированные последовательности являются либо нейтральными мутациями, либо проявляются вредным действием для отдельной особи, но это их влияние на особь незначительно, так как новый альтернативный продукт сплайсинга составляет только небольшую часть продукта обычного сплайсинга зрелой мРНК.
A. Реакция деаминирование аденозина через ADAR, ведущая к образованию инозина. Б. Внутримолекулярное спаривание оснований двух мРНК, содержащих Alu-элементы в противоположной ориентации. Спаривание оснований двух Alu-элементов приводит к формированию длинного стабильного двунитевого РНК-региона, в котором ADAR выполняет замену A на I. Редактирование является удачным, когда дистанция составляет <2 кб разделенными двумя Alu-элементами в противоположной ориентации. Два близко вставившихся Alu-элемента становятся идеальным субстратом для ADAR (по Hasler J. и Strub K., 2006).
Точная роль A — I редактирования в метаболизме клеток неизвестна, но она жизненно необходима для реализации клеточного цикла. Было показано, что нокаут (knockout — выбивать, испортить) гена ADAR1 эмбрионов мышей приводит к летальному эффекту через разрушение печени (Hartner J. C. et al., 2004). Замена A на I является широко распространенным механизмом редактирования РНК. Более 90 % всех A — I замен происходят в пределах Alu-элементов, содержащихся в мРНК. Установлено что A — I редактирование предпочтительно встречается в некодирующих регионах мРНК. А так как ADAR-ферменты не являются специфичными для двунитевой РНК определенных сайтов, то граничащие с Alu основания также часто подвергаются редактированию.
РНК-редактирование может серьезно воздействовать на экспрессию генов на отдельных этапах жизненного цикла клетки. Так как инозин не может спариваться с урацилом, а только с цитозином, то редактирование может воздействовать на стабильность молекулы РНК посредством создания и разрушения вторичных структур. Когда инозин будет распознан как гуанозин, то посредством аппарата трансляции и сплайсинга A — I редактирование способно привести к аминокислотным заменам в кодирующей последовательности, или к модификации сайта сплайсинга в интроне, приводя к преждевременной терминации транскрипции или к искажению рамки считывания гена белка.
A. Alu содержат poly-adenine (poly-A) — регион в концевой части. На схеме он показан как «aaaaaaaa» (также см. рис. 10). Poly-A Alu в антисмысловой ориентации становится poly-T (комплементарной poly-A) в смысловой цепи ДНК. Эта последовательность показана как «tttttttt». Б. Теперь, после транскрипции poly-T-региона, мРНК содержит poly-uracile (poly-U) — регион. В. AU-обогащенные элементы находят именно в этих poly-U-регионах (B) (по Hyeong Jun An et al., 2004).
Hyeong Jun An et al. (2004) обнаружили, что не менее половины наиболее протяженных ARE являются производными от (poly-T) — регионов, комплементарных (poly-A) — регионам Alu. Они предположили, что Alu не только участвуют в экспрессии 5'-генов и, в альтернативном сплайсинге интронных регионов генома, но и перемещаясь по геному через ретропозицию (см. «Эволюционная роль L1 ретроэлементов»), они способны увеличивать или сокращать период полураспада мРНК (особенно в области 3' UTR) через образование ARE. Это еще один и, видимо, далеко не последний, из механизмов воздействия на экспрессию отдельных генов, обусловленный активностью ретроэлементов.
Эволюционная роль ретропсевдогенов. В геноме человека имеется более 20 тыс. псевдогенов — «молчащих» копий известных генов. «Ретропсевдогенез» — это процесс образования псевдогенов через обратную транскрипцию с мРНК. Вследствие утраты регуляторных элементов ретропсевдогены почти всегда функционально неактивны, начиная с того самого времени, когда они впервые внедрились в хромосомную ДНК. По этой причине они обычно не подвергаются природной селекции и, следовательно, являются идеальным объектом для изучения нейтральной эволюции (Csuros M., Miklos I., 2005). Например, по нуклеотидным различиям в псевдогенах цитохрома С. Grossman et al. (2001) показали ускоренную эволюцию этого белка в период формирования предка человекоподобных приматов 40 млн лет назад.
Ретропсевдогены могут участвовать в образовании ретроэлементов, что продемонстрировали K. Szafranski et al. (2004), использовавшие в качестве экспериментальной модели одноклеточный эукариотический организм — Dictyostelium discoideum. Эта саркодовая амеба содержит семейство LINE-подобных ретротранспозонов, специфически интегрирующихся с генами тРНК (TRE-элементы). Исследователями было установлено, что ретротранспозированный рибосомальный 5S(r5S) — РНК-псевдоген в геноме D. discoideum содержит в своем 3’-концевом участке 8-bp последовательность, производную от 3’-конца TRE и полиаденилового хвоста. Ретропсевдоген фланкирован через дупликации, имеющие сайт узнавания (target-site duplications), которые характерны для TRE, и вставляются «выше» гена тРНК, точно также, как типичный TRE. r5S-ретропсевдоген имеет структурные особенности SINE, но он не может быть амплифицирован, вероятно, вследствие 5’-усечения, которое происходит во время инициации транспозиции. Обнаружение такого ретропсевдогена означает то, что SINE могут создаваться de novo путем обратной транскрипции LINE-транскриптов, если кодируемая LINE обратная транскриптаза диссоциирует от LINE РНК и «перескакивает» к другим клеточным РНК, транскрибируемым РНК-полимеразой III (см. «Классификация транспозируемых ретроэлементов»). K. Szafranski et al. (2004) предположили, что высокая концентрация транскриптов генов полимеразы III в ядре клетки может способствовать переключению обратной транскриптазы на создание новых SINE. Эти короткие вставочные элементы и другие копии фрагментов геномной ДНК будут занимать новые участки в хромосоме, приводя к модификации уже существующие гены.
Однако роль самих псевдогенов в эволюции еще только выясняется. Обращает на себя внимание и то обстоятельство, что их количество в геноме многих современных позвоночных на порядки превышает количество активных генов-предшественников. Например, число псевдогенов В-тубулина человека превышает количество функционирующих генов этого белка в 10 раз; а число псевдогенов глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы мышей превышает количество активных генов этого фермента в 200 раз. К тому же дальнейшая судьба гена после его псевдогенизации не предполагает его участия в эволюции таксона. По данным D. Graur D. et al. (1989), после того как ген теряет свою функцию (т. е. становится псевдогеном), он подвергается воздействию двух процессов, обычно относимых учеными к проявлениям нейтральной эволюции.
Оценки показывают, что процессированные псевдогены млекопитающих теряют около половины своей ДНК примерно за 400 млн лет. Но первые млекопитающие появились значительно позже, т. е. этот процесс начался еще при появлении первых позвоночных. Геном человека, например, все еще содержит основные участки ДНК псевдогенов, найденные у самых отдаленных предков. Следовательно, процесс образования псевдогенов — это торможение эволюции таксона. По своему биологическому значению он противоположен ретровирусной эволюции и уравновешивает ее (более подробно см. в подглаве 2.3).
Прекращение инвазии транспозируемых элементов. Геном человека содержит следы многих «угасших» семейств транспозируемых элементов. Каким образом происходит такое «угасание», изучено плохо, но сам феномен зафиксирован.
Основной причиной «угасания» любого семейства транспозируемых элементов может стать уменьшение скорости его пролиферации ниже порогового уровня, зависящего от темпа мутационных замен нуклеотидов (per-nucleotide mutation rate) в геноме хозяина (Nuzhdin S. V., 1999). Высокий темп мутаций генома хозяина может не рассматриваться слишком серьезно в качестве фактора риска для утраты копиями ретровирусов свой функциональности при высокой скорости их транспозиции. Но если в дальнейшем скорость транспозиции ретроэлементов под воздействием каких-либо клеточных механизмов снизится или возрастет скорость появления мутаций в геноме хозяина, то пороговый уровень накопления мутаций для транспозируемых элементов, за которым они уже не смогут существовать, будет пройден (Lopez-Sanchez P. et al., 2005).
Другой механизм «угасания» семейства транспозируемых элементов заключается в фиксации рестриктирующих их факторов у вида-хозяина. Геном хозяина имеет приобретенные за более чем миллиард лет совместной эволюции стратегии противодействия транспозируемым элементам и вирусам. Одна из наиболее использованных и простых моделей для анализа таких взаимоотношений между транспозируемыми элементами и геномом хозяина разработана на модели Drosophila. В лабораторных линиях D. melanogaster активны различные семейства транспозируемых элементов дрозофил. Были показаны как линии Drosophila, несущие пермиссивные аллели, специфически ослабляющие контроль со стороны хозяина над количеством копий соответствующего семейства транспозируемых элементов, так и стабильные линии, несущие аллели, ограничивающие транспозицию транспозируемых элементов. Репрессивное состояние, специфичное для данного семейства, может быть установлено посредством гомологично-зависимых trans-молчащих механизмов (homology-dependent trans-silencing mechanisms), запущенных либо посредством транскрипционального (инактивация промотора), либо посттранскрипционального (деградация специфических последовательностей РНК, sequence-specific RNA degradation) блокирования генов. Наиболее хорошо охарактеризованными механизмами, ограничивающими амплификацию экзогенных и эндогенных вирусов, являются те, которые нарушают их связывание с рецепторами на поверхности чувствительных клеток; и цитоплазматические ферментативные системы, редактирующие РНК/ДНК (cytoplasmic RNA/DNA editing enzymes).
Как только частота рестрицирующих аллелей у вида возрастает до определенного порогового уровня, соответствующее семейство транспозируемых элементов подавляется за относительно небольшое количество генераций. Поэтому возможно его «внезапное» «угасание», разумеется, в масштабах «геологического времени». Такое событие случилось с семейством ERV9, «пресекшимся» в геноме наших эволюционных предков перед самым их разделением на линии шимпанзе и человека. После активного транспозирования в геноме приматов в течение почти 32 млн лет процесс терминации семейства уложился приблизительно в 100 тыс. лет (5000 генераций) (Costas J., Naveira H., 2005).
В настоящее время накоплено уже достаточно данных, позволяющих утверждать, что ретротранспозируемые элементы и ретровирусы активно проявили себя в эволюции приматов-гоминоидов. Эволюционные процессы с их участием не только начались задолго до образования современных видов гоминоидов, но они создали определенный генетический «задел на будущее», предопределяя альтернативы дальнейшей эволюции человека в рамках своего систематического класса и вне зависимости от его собственных намерений. Эндогенизация ретровирусов происходила на фоне массовых эпизоотий, сопровождавшихся вымиранием отдельных видов приматов, в том числе и гоминоидов. У предков шимпанзе и предков человека уже не менее 5 млн лет функционируют разные эндогенные ретроэлементы с разными сценариями активности. Одному из таких «сценариев» вид Homo sapiens обязан своим происхождением в качестве «мыслящего». Процессы образования псевдогенов и прекращения инвазии транспозируемых элементов представляют собой некую «систему сдержек и противовесов» ретровирусной эволюции.
1.3. Ретровирусное окружение вида Homo sapiens
Когда знакомишься с вирусологической литературой, изданной «накануне» обнаружения ВИЧ, то складывается впечатление, что ретровирусы на тот момент были изучены не хуже, чем кишечная палочка (см., например, работы Альштейна А. Д., 1982; Тимакова В. Д. и Зуева В. А., 1977).
Первые ретровирусы открыты еще в начале ХХ столетия, когда была установлена вирусная природа эритробластоза и саркомы кур. Вскоре были обнаружены вирус рака молочных желез мышей и вирус лейкоза мышей. Название семейству дано в 1973 г. W. Parks — оно происходит от англ. «reverse transcriptase» (обратная транскриптаза). В латинском варианте «retro» означает обратный поток информации — не от ДНК к РНК, а, наоборот, от РНК к ДНК. В 1970-х гг. семейство было тщательно классифицировано и изучено. Установлена морфология, химический состав, жизненный цикл и патогенные свойства многих его представителей. Ретровирусы были обнаружены как у животных, составляющих ближайшее окружение человека, так и у его эволюционных предков. Их выявили у норок (эндогенный вирус типа С), мышей (экзогенные и эндогенные вирусы лейкоза, вирус саркомы, вирусы рака молочных желез), крыс (эндогенный вирус типа С), хомяков (эндогенный вирус типа С), кошек (эндогенный вирус типа С, экзогенные вирусы лейкоза и саркомы), крупнорогатого скота (вирус лейкоза), обезьян (эндогенные и экзогенные вирусы типа С, эндогенный вирус типа В, вирус лимфомы гиббонов и др.), свиней (вирус типа С), у пресмыкающихся (вирусы типа С), овец (вирусы висны) и др. «Рука ученого» дотянулась даже до ретровирусов гадюк. Тем более удивительным нам представляется существовавший на тот момент пробел в знаниях по ретровирусам у людей. На этом фоне и так запоздалое обнаружение ВИЧ выглядит до сих пор чуть ли не «как гром с ясного неба», даже роль этого вируса в развитии пандемии СПИДа подвергается сомнению.
Структура и цикл жизни ретровирусов. Ретровирусы — семейство сложных РНК-геномных вирусов, образующих с помощью обратной транскриптазы ДНК-копию генома, которая, интегрируя с геномом хозяина, вызывает интегральную инфекцию. Для включения вируса в семейство Retroviridae обязательны следующие признаки:
1) наличие липидной оболочки и сердцевины (core) и характерная морфология, на основании которой их делят на типы В, С и D;
2) наличие обратной транскриптазы внутри вириона;
3) геном в виде однонитевой линейной РНК, которая образует комплекс, состоящий из двух идентичных субъединиц (т. е. они представляют собой диплоидные организмы, каждый их вирион содержит две идентичные цепи РНК размером от 8 тыс. до 10 тыс. нуклеотидов, соединенных вблизи своих 5’-концов);
4) репликация через стадию образования двунитевого ДНК-провируса, соответствующего по длине одной из субъединиц геномной РНК;
5) интеграция ДНК-провируса с клеточным геномом и осуществление транскрипции клеточной РНК-полимеразой (после интеграции ретровирусная ДНК реплицируется как часть клеточной ДНК), созревание вириона путем почкования на клеточных мембранах (Альштейн А. Д., 1982).
Вирион сферический (диаметр 80-100 нм) оболочечный, с гликопротеиновыми поверхностными выступами (8 нм в длину). Внутреннее ядро включает сферический нуклеокапсид (нуклеоид), расположенный эксцентрично у представителей рода Betaretrovirus, по центру — у Alpharetrovirus, Gammaretrovirus, Deltaretrovirus и Spumavirus, и в виде стержня или усеченного конуса у представителей рода Lentivirus. Традиционно семейство разделяют на подсемейства ленти-, онкорна- и спумавирусов (Dalton F. et al., 1974; Matthews R., 1979). Ретровирусное филогенетическое древо показано на рис. 17.
На филогенетическом дереве показаны ретровирусы типа С [вирусы лейкозов грызунов (MuLV) и птиц (АLV), а также вирус, тропный к Т-лимфоцитам человека (НТLV)], лентивирусы [вирусы иммунодефицита человека (ВИЧ-1 и 2), обезьян (SIV), кошек (FIV) и вирус visna-maedi (VMV)], спумавирусы и эндогенные ретровирусы человека (HERV-K и HERV–C) (Пауэр К., 2001).
Схематическое изображение РНК-генома ретровирусов приведено на рис. 18.
Лентивирусы приматов обладают пятью регуляторными генами (vif, rev, tat, vpr и nef), которые обычно «выстроены в шеренгу» в одних и тех же регионах SIV/ВИЧ генома. Гены tat и rev содержат по два экзона. Присутствие в геноме лентивируса двух других регуляторных генов (vpx и vpu) варьирует в зависимости от происхождения вируса. Их сочетания обычно делят на три геномные групы: а) SIVsyk, SIVasc, SIVdeb, SIVblu, SIVtal, SIVagm, SIVmnd-1, SIVlhoest, SIVsun и SIVcol содержат пять добавочных генов (tat, rev, nef, vif и vpr); b) геномы ВИЧ-1, SIVcpz, SIVgsn, SIVmus, SIVmon и SIVden включают дополнительный ген vpu; c) ВИЧ-2, SIVsmm, SIVmac, SIVrcm, SIVmnd-2 и SIVdrl формируют третью геномную группу, характеризующуюся присутствием гена vpx.Гены far, vpx специфичны для SIV, инфицирующих обезьян Papionini (триба павиановые, включают следующие рода: павианы, макаки, мангобеи, мандрилы, джелады) и были приобретены в результате негомологичной рекомбинации (nonhomologous recombination), которая привела к дупликации гена vpr. SIVblu, SIVolc, SIVwrc, SIVasc, SIVbkm, SIVery и SIVagi не были полностью секвенированы, и поэтому пока нет возможности охарактеризовать организацию их генов. Структура геномов трех видов FIV сходна и не обнаруживает явных геномных групп, связанных с патогенностью для кошачьих. FIV несут два других добавочных гена: ген dUTPазы (dUTPase gene; на схеме не показан), расположенный в рамке в пределах гена pol. Он ответственен за предотвращение ошибочного включения урацила (uracil misincorporations) в молекулу РНК вируса во время его репликации и, соответственно, его аттенуации. Вторая открытая рамка считывания, обозначенная как orf-A (также ее называют orf-2), кодирует протеин, состоящий из 77 аминокислот, сходный с Tat ВИЧ. У этого протеина не обнаружена способность к трансактивации (transactivating properties), однако он является критическим на ранней стадии инфицирования клетки и при формировании вирусной частицы, локализован в ядре, что делает его более сходным по свойствам с Vpr. Нарушение функции белка Orf-A ведет к снижению способности вируса к репликации и уменьшению его патогенности. Оrf-3 содержит ATG-кодон в направлении «вниз» (downstream) от потенциального сплайсингакцепторного сайта. кб — килобазы.
Инфекционный ретровирус имеет три основных структурных гена, кодирующих вирусные протеины в следующем порядке: 5’-gag-pol-env-3’. Для ВИЧ их описание следующее:
ген gag — кодирует белки, формирующие «сердцевину» вируса (необходимы для внутриклеточной сборки вируса и его высвобождения из клетки);
ген pol — кодирует ферментную систему вируса (обратную транскриптазу — p66/51; интегразу — p31/33; рибонуклеазу — p31/33);
ген env — определяет способность вируса выходить за пределы клетки и инфицировать другие. Кодирует белки предшественника оболочки вируса — gp160, расщепляющиеся на gp120 и gp41.
Области 5’- и 3’-концов обеих цепей модифицированы, как и у всех эукариотических мРНК (5’-кэпы и 3’-полиадениловые хвосты). Имеются последовательности, необходимые для реализации механизма обратной транскрипции:
1) прямые повторы на 5’- и 3’-концах РНК (LTR — он действует как единица промоции, необходим для транскрипции всего вирусного генома и начала транскрипции отдельных вирусных генов);
2) последовательность из 80–120 нуклеотидов, соседствующая с 5'-концевым прямым повтором (U5);
3) последовательность из 170–1200 нуклеотидов, соседствующая с 3’-концевым прямым повтором (U3);
4) последовательность из 15–20 нуклеотидов (Р), в пределах которой клеточная тРНК спаривается с ретровирусной РНК, что создает праймер для синтеза первой цепи ДНК;
5) сегмент Рu, находящийся непосредственно перед повтором U3 и являющийся сайтом для праймирования второй цепи ДНК.
У ретровирусов кроме структурных есть еще регуляторные гены. У ВИЧ их шесть:
tat (transactivator of transcription) — кодируемый им белок является наиболее активным регулятором, обеспечивающим усиление в 1000 раз репликации вируса и регулирующий экспрессию клеточных генов;
rev (regulator of expression of virus proteins) — кодируемый им белок избирательно активирует синтез структурных белков вируса, обеспечивает экспорт из ядра длинных молекул вирусной РНК. На поздних стадиях ВИЧ-инфекции он замедляет синтез регуляторных белков (см. «Реинфекция»);
nef (negative regulatory factor) — при взаимодействии с LTR кодируемый им белок замедляет транскрипцию вирусных генов. Синхронная функция nef и tat регулируют репликацию вируса таким образом, чтобы она не приводила к гибели клетки-хозяина. Экстрацеллюлярный белок nef увеличивает миграцию моноцитов, тем самым, способствуя распространению по организму ВИЧ и прогрессированию болезни;
vif (virion infectivity factor) — кодируемый им белок необходим для образования функционально полноценных вирусов в определенных типах клеток на поздней стадии инфекции. Белок Vif включается в состав новых вирусов;
vpr — кодируемый им белок вызывает остановку клеточного цикла, способствует входу в ядро прединтеграционного комплекса. Vpr включается в новые вирусы в большом количестве, способен в некоторой степени усиливать экспрессию генов ВИЧ и нарушать экспрессию отдельных клеточных генов;
vpu для ВИЧ-1 (vpx для ВИЧ-2) — кодируемый им белок разрушает комплекс gp120/CD4; снижает экспрессию CD4; способствует высвобождению вируса; усиливает продукцию вируса, связывая цитоплазматический хвост молекулы CD4, пока она находится в эндоплазматическом ретикулуме, и тем самым посттрансляционно сокращает число рецепторов CD4 на поверхности клетки. В результате предотвращается захват Env в эндоплазматическом ретикулуме в комплексе с CD4. В природе не существует других диплоидных семейств ДНК или РНК-вирусов.
Схематично жизненный цикл ретровирусов включает связывание вириона с рецептором клетки хозяина, вход в клетку, затем следует обратное транскрибирование с последующей интеграцией с геномом хозяина. Проникновение в клетку определяется взаимодействием гликопротеина вириона и специфических рецепторов на клеточной поверхности, следствием чего является слияние вирусной оболочки и клеточной мембраны и эндоцитоз. Некоторые из клеточных рецепторов были идентифицированы (более подробно см. в подглаве 3.3). В проникновении ВИЧ в клетку принимают участие как минимум два рецептора: иммуноглобулин-подобный протеин с одним трансмембранным участком CD4 и хемокиновый рецептор, пронизывающий мембрану семь раз (CCR5 или CXCR4). Рецепторы для экотропных (Murine leukemia virus, MLV), амфотропных MLV и Gibbon are leukemia virus (GALV) связаны с участием в транспортировке небольших молекул и имеют сложную структуру с множественными трансмембранными доменами. Для вирусов лейкоза птиц (ALVs) идентифицировано два рецептора: для вирусов подгруппы А — небольшая молекула с одним трансмембранным доменом, отдаленно напоминающая клеточный рецептор для низкоплотностных липопротеинов, тогда как для вирусов подгруппы В — рецепторы семейства протеинов фактора некроза опухоли.
Репликация начинается с обратной транскрипции вирионной РНК в кДНК, с использованием 3’-конца тРНК в качестве праймера. Синтез кДНК сопровождается разрезанием вирусной РНК (за счет РНКазной активности обратной транскриптазы). Продукты гидролиза служат для первичного синтеза кДНК с негативной полярностью. Конечная форма двуспирального ДНК-транскрипта, образуемого из вирусного генома, содержит LTR, состоящие из последовательностей с 3’- и 5’-концов вирусной РНК, фланкирующих сиквенс (R), обнаруженный по обоим концам РНК. Процесс обратной транскрипции характеризуется высокой частотой рекомбинации.
Ретровирусная ДНК интегрируется в хромосомную ДНК клетки, образуя провирус, при участии вирусного протеина интегразы (IN). Ретровирусы имеют собственные «предпочтения» при интеграции в геном "своих" хозяев. Интеграционные сайты для ВИЧ обнаружены в основном в активных транскрипционных участках. Для MLV приблизительно 25 % интеграционных актов происходят вблизи сайтов старта транскрипции и ассоциируются с CpG-островками, тогда как интеграция в пределах транскрипционных участков происходит редко. Этот же вирус удачно интегрируется с хромосомной ДНК у гиперчувствительных к ДНКазе I сайтов (DNase I — hypersensitive sites). Для ASLV характерна «беспорядочность» в выборе сайтов интеграции. Основная роль в выборе сайта интеграции для ретровируса закреплена естественным отбором за интегразой. Этот белок связывается со специфическим белком в близи сайта интеграции, инициируя интеграцию провируса в определенный участок хромосомной ДНК (Lewinski M. K et al., 2006).
Карта интегрированного провируса колинеарна неинтегрированной вирусной ДНК. Интеграция предшествует вирусной репликации. Интегрированный провирус транскрибируется клеточной РНК полимеразой II в вирионную РНК и мРНК в ответ на транскрипционный сигнал в вирусных LTR. У вирусов некоторых родов транскрипция также регулируется вирусными трансактиваторами.
В зависимости от вируса и генетической карты различают несколько классов мРНК. мРНК, включающая весь геном, служит для трансляции генов gag, pro, pol (расположенных в 5’-половине РНК), продуктом которых является полипротеин-предшественник, разрезаемый до структурных протеинов, полимеразы, обратной транскриптазы и интегразы, соответственно. Меньшие РНК, включающие 5’-конец генома, после сплайсинга с сиквенсом 3’-конца генома, и включающие ген env, участки U3 и R, транслируются в предшественники оболочечных протеинов. У вирусов, содержащих дополнительные гены, может происходить другой сплайсинг, но все такие РНК будут иметь общий 5’-концевой сиквенс. Спумавирусы уникальны в том, что могут использовать внутренний промотор, расположенный в гене env выше доступа к рамке считывания. Большинство первично транслированных продуктов представляют собой полипротеины, подвергающиеся протеолитическому разрезанию для приобретения функциональной активности. Продукты генов gag, pro и pol обычно являются вторичными после первичной трансляции продуктов. Для трансляции pro и pol используются обходные трансляционные терминирующие сигналы.
Сборка капсида происходит либо на плазматической мембране (вирусы большинства родов), либо вирусные частицы собираются в цитоплазме (Betaretrovirus и Spumavirus), и высвобождаются из клетки почкованием. Полипротеиновый процессинг внутренних протеинов происходит попутно или последовательно с созреванием вириона.
Онкогенные ретровирусы (Oncovirinae) — для онковирусов в отличие от ретровирусов других подсемейств, характерна способность размножаться в клетке, не повреждая ее жизнеспособности. Они легко становятся эндогенными и передаются вертикально, подобно обычным клеточным генам. К ним относятся вирусы лейкоза грызунов (MuLV); кошек (FeLV) и птиц (ALV); вирусы, тропные к лимфоцитам Т у человека (HTVL-1 и HTVL-2); вирус саркомы шерстистых обезьян (SSV-1) и ряд других. Большинство из них обладают выраженным онкогенным и нейротропным действием. Детально вирусы подсемейства Oncovirinae исследованы еще в 1960-1970-х гг. (см. работу Альштейна А. Д., 1982).
Лентивирусы (Lentivirinae, «медленные вирусы») — в состав подсемейства входят экзогенные вирусы (с горизонтальной и вертикальной передачей) человека и многих других млекопитающих. О существовании родственных эндогенных вирусов сведений нет. Лентивирусы приматов отличаются по использованию хемокинового рецептора и протеина CD4. Некоторые группы проявляют перекрестную активность по антигенам Gag (лентивирусы овец, коз и кошек). Вирусы, родственные Feline immunodificiency virus (FIV), были выделены от других крупных кошачьих (например, Puma lentivirus), а наличие антител к антигену Gag у львов и других крупных кошачьих свидетельствует о существовании других вирусов, близких FIV и лентивирусам овец и коз. На основе различий по спектру восприимчивых хозяев лентивирусы были подразделены на 5 групп (лентивирусы приматов, овец и коз, лошадей, кошек и КРС). Внутри группы лентивирусов приматов HIV-1 отличается от HIV-2, прежде всего по дивергенции нуклеотидных сиквенсов, которая превышает 50 %, и по наличию у HIV-2 гена vpx (табл. 6).
Название вида вируса | Название на русском языке | № генома в | Аббревиатура
Группа лентивирусов КРС
Bovine immunodeficiency virus | Вирус иммунодефицита КРС | M32609 | BIV
Группа лентивирусов лошадей
Equine infectious anemia virus | Вирус инфекционной анемии лошадей | M16575 | EIAV
Группа лентивирусов кошек
Feline immunodeficiency virus (Petu) | Вирус иммунодефицита кошек (Петулума) | M25381 | FIV-P
Feline immunodeficiency virus(Oma) | Вирус иммунодефицита кошек (Ома) | FIU56928 | FIVO
Puma lentivirus (PLV-14) | Лентивирус пум (PLV-14) | PLU03982 | PLV
Группа лентивирусов овец и коз
Caprine arthritis encephalitis virus | Вирус артрита-энцефалита коз | M33677 | CAEV
Visna/Maedi virus (strain 1514) | Вирус Висна-Мэди (штамм 1514) | M60609 | VISNA
Группа лентивирусов приматов
Human immunodeficiency virus 1 Genomic clades of HIV-l, примеры: | ВИЧ-1 Генетические группы или clades HIV-1, примеры вирусов каждой группы | — | HIV-1
Clade A:U455 | — | М62320 | HIV–IHIV-1.U455
Clade B: ARV-2/SF-2 | — | К02007 | HIV-1.ARV-2/SF-2
BRU (LAI) | — | K02013 | HIV-l.BRU (LAI)
HXB2 | — | К03455 | HIV-1.HXB2
RF | — | М17451 | HIV-1.RF
MN | — | М17449 | HIV-1.MN
Clade С: ETH2220 | — | U460I6 | HIV-1.ETH2220
Clade D: NDK | — | М27323 | HIV–I.NDK
ELI | — | Х04414 | HIV-1.ELI
Clade F: 93BR020 | — | AF005494 | HIV-1.93BR020
Clade H: 9 °CR056 | — | AF005496 | HIV-1.9 °CR056
Clade 0: ANT70 | — | L20587 | HIV-1.ANT70
Human immunodeficiency virus 2 Genomic clades of HIV-2, примеры: | ВИЧ-2 Генетические группы или clades HIV-2, примеры вирусов каждой группы | — | HIV-2
Clade A: BEN | — | М30502 | HIV-2.BEN
ISY | — | J04498 | HIV-2.ISY
ROD | — | М15390 | HIV-2.ROD
ST | — | М31113 | HIV-2.ST
Clade B: D205 | — | Х61240 | HIV-2.D205
EHOA | — | U27200 | HTV-2.EHOA
UC1 | — | L07625 | HIV-2.UCI
Simian immunodeficiency virus | Вирус иммунодефицита обезьян (ВИО) | — | HIV-2
African green monkey (agm) SIVs | ВИО африканской зеленой мартышки | — | -
African green monkey TYO | ВИО африканской зеленой мартышки TYO | Х07805 | SIV-agm.TYO
African green monkey 155 | ВИО африканской зеленой мартышки 155 | М29975 | SIV-agm.155
African green monkey 3 | ВИО африканской зеленой мартышки 3 | М30931 | SIV-agm.3
African green monkey gr-1 | ВИО африканской зеленой мартышки gr-1 | М58410 | SIV-agm.gr
African green monkey Sab-1 | ВИО африканской зеленой мартышки Sab-1 | U04005 | SIV-agm.sab
African green monkey Tan-1 | ВИО африканской зеленой мартышки Tan-1 | U5899I | SIV-agm.tan
chimpanzee SIV | ВИО шимпанзе | Х52154 | SIV-cpz
mandrill SIV | ВИО мандрилл | М27470 | SIV-mnd
red-capped mangabey SIV | ВИО красношапочного мангабея | AF028607 | SlV-rcm
sooty mangabey SfV-H4 | ВИО-Н4 темно-коричневого мангобея | Х14307 | SIV-sm
*[9]pig-tailed macaque | ВИО свинохвостых макак | М32741 | SIV-mne
*Rhesus (Maccaca mulatta) | ВИО макак резус | М195499 | SIV-mac
*stamp-tailed macaque (stm) | ВИО медвежьих макак | М83293 | SIV-stm
sykes monkey SIV | ВИО белогорлых обезьян | L06042 | SIV-syk
Геномы лентивирусов содержат множество дополнительных генов, необходимых для способности к инфицированию и репликации. Лентивирусы отличает их способность реплицироваться в неделящихся клетках, например в покоящихся CD+4 T-клетках и макрофагах (см. подглаву 3.3). Большинство лентивирусов ассоциируются с различными болезнями, включая иммунодефициты, нейрологические нарушения, артриты и др. Патология пока не описана у крупнорогатого скота, инфицированного BIV. Онкоген-вирусов среди представителей подсемейства нет. Нейротропность лентивирусов касается в основном клеток, происходящих из костного мозга, таких, как микроглия и макрофаги, в то время как астроциты и эндотелиальные клетки, очевидно, инфицируются в гораздо меньшей степени. Эволюционная взаимосвязь лентивирусов приматов показана на рис. 19.
Последовательности этих белков лентивирусов, инфицирующих африканских приматов, показаны черным цветом. Недавняя перекрестно-специфическая множественная передача в оригинальном тексте выделена красным цветом; в данной книге — это ветви, идущие по направлениям к ВИЧ-2 от темно-коричневого мангобея (sooty mangabeys); и к ВИЧ-1 (O, N и М групп) от шимпанзе. AGM — африканские зеленые обезьяны; RCM — красношапочные мангобеи (по Muller V. и De Boer R. J., 2006).
С помощью филогенетического анализа нуклеотидных последовательностей генома ВИЧ-1 были выделены несколько подтипов вируса — A, B, C, D, E, F, G, H, J и K, и три группы — M (main — главная), которая включает большинство подтипов, O (outlier — обособленная) и N (ни M, ни O). Разные подтипы преобладают в определенных географических районах. Например, подтип B составляет подавляющее большинство штаммов вируса в Северной Америке и преобладает в Европе и Австралии. Подтип A, наиболее гетерогенный, преобладает в Западной Африке, подтип D — в Центральной Африке, подтип С обнаруживается в основном в Южной Африке и полуострове Индостан, подтип E преобладает в Таиланде и соседних с ним странах. Существуют рекомбинантные вирусы, примером которых служит подтип E. Из вирусов, циркулирующих у животных, к ВИЧ-1 ближе всего вирус иммунодефицита обезьян, обнаруженный у шимпанзе (SIVcpz) (Захнер С., 2004).
«Пенящиеся вирусы» (Spumavirinae) — особенностью вирусов этого подсемейства является их способность вызывать своеобразный цитопатический эффект, проявляющийся слиянием клеток. Культура клеток выглядит как бы вспененной, отсюда их название — «пенящиеся». Вирусы распространены повсеместно, экзогенные, найдены у многих млекопитающих. В 1960-1970-х гг. вирусы этого подсемейства выделены от обезьян, человека, кошки, хомяка, быка и др. Есть данные о существовании родственных (но не близких) эндогенных вирусов. Хотя в природных условиях вирус spuma редко вызывает болезнь у своих хозяев, но он способен вызывать нейродегенерацию, будучи экспрессированным как трансген у мышей, и может инфицировать разные виды млекопитающих, в том числе людей. Естественного инфицирования людей не зарегистрировано, отмечались редкие случаи заражения людей от нечеловекообразных обезьян. Замечена их способность контаминировать вакцины, изготовляемые на основе культур клеток почки обезьяны и других видов животных. Отношения спумавирусов к какой-то известной патологии пока не установлено, в тоже время надо понимать и то, что они существуют благодаря ресурсам клетки.
Инфицированность лентивирусами диких животных. В рамках медицинской науки мы воспринимаем пандемию ВИЧ/СПИДа антропоцентрически, вне контекста распространения лентивирусов среди животных, обитающих в естественных условиях. Вроде как это должно интересовать только ветеринарных специалистов и то в аспекте заноса возбудителей лентивирусных инфекций из их резервуаров среди диких животных в популяции домашних. Однако если мы посмотрим на оба процесса с точки зрения времени и места их возникновения, то обнаружим любопытные совпадения, свидетельствующие в пользу существования еще неоткрытых и непростых природных явлений.
Таким образом, лентивирусные инфекции являются сравнительно новым явлением не только для человека, но и для приматов и кошачьих. Первоначально они были локализованы в строго определенных географических регионах. И, видимо, существуют какие-то природные факторы, воздействие которых на еще неизвестные первичные природные очаги этих вирусов приводит к их одновременной активизации (см. ниже «
Непатогенная инфекция у темно-коричневых мангобеев. Термин (nonpathogenic infection) предложен V. Muller, R. De Boer (2006) для описания необычного инфекционного процесса, вызываемого SIV у темно-коричневых мангобеев (sooty mangabeys). Развитие SIV-инфекции у этих приматов не приводит к поражению клеток иммунной системы, хотя сопровождается почти такой же вирусной нагрузкой, что и ВИЧ-инфекция у людей. Отсюда можно сделать два важных вывода.
Первый — вирулентность ВИЧ не является результатом его массивной репликации в инфицированном хозяине, а прямые метаболические затраты хозяина на репликацию ВИЧ не достаточны для провоцирования болезни.
Второй — темно-коричневые мангобеи избегают развития болезни не путем контроля над репликацией ретровируса, а отсутствием выраженной реакции на вирус со стороны их иммунной системы (Silvestri G. et al., 2003).
Однако феномен взаимодействия SIV и темно-коричневых мангобеев не является закономерностью в коэволюции ретровирусов и приматов, скорее всего описанное явление — «исключение из правил», за которое было заплачено неизвестным нам количеством вымерших «по правилам» видов приматов. SIV вызывает инфекцию у шимпанзе, очень схожую с ВИЧ-инфекцией у людей, и приводит их к гибели. Поэтому попытки объяснить этот феномен применительно к темно-коричневым мангобеям предпринимались неоднократно.
Несколько лет тому назад S. Norley et al. (1999) предположили, что относительная иммунологическая толерантность к SIV у темно-коричневых мангобеев вызвана экспрессией гена гликопротеина Gag эндогенного ретровирусного элемента.
V. Muller и R. De Boer (2006) не нашли в геноме темно-коричневых мангобеев «следов» лентивирусного происхождения, которые бы ясно свидетельствовали об их происхождении из SIV. Такой результат был ими ожидаем, так как геном этого вида приматов изучен значительно хуже, чем геном человека или шимпанзе. Но ни человек, ни шимпанзе не являются природными хозяевами SIV, поэтому сведения об их нуклеотидных последовательностях мало применимы для интерпретации результатов полученных у темно-коричневых мангобеев.
V. Muller и De Boer (2006) считают, что SIV в виде провируса интегрирует в зародышевую линию темно-коричневых мангобеев, которая способна к экспрессии во время негативной селекции Т-клеток в тимусе и В-клеток в костном мозге. Оба процесса приводят к элиминации клеток, способных узнавать собственные антигены (более подробно о механизмах «созревания» Т- и В-клеток см. в монографии Галактионова В. Г., 2005), в результате иммунная система перестает реагировать на репликацию SIV. В качестве подтверждения своей гипотезы они ссылаются на работу I. Ferrero et al. (1997), показавших развитие Т-толерантности иммунной системы к эндогенному вирусу рака молочных желез мышей (endogenous mouse mammary tumour virus) из-за его экспрессии в тимусе; и работу J. L. Bracy и J. Iacomini (2000), продемонстрировавших возможность индукции В-клеточной толерантности у мышей посредством экспрессии в клетках их костного мозга трансдуцированных ретровирусных генов. Феномена «непатогенной инфекции», подобного наблюдаемому у темно-коричневых мангобеев, у людей пока не установлено.
Реинтеграция и реинфекция ретровирусов. Эти взаимодополняющие друг друга процессы лежат в основе распространения экзогенных и эндогенных ретровирусов по геному любого эукариотического вида. Высокая скорость эволюции экзогенных ретровирусов и относительно медленная скорость эволюции геномной провирусной ДНК (примерно в 104 раз медленнее; Shih A., et al., 1991), должны проявляться серьезными различиями в нуклеотидном составе экзогенных и эндогенных ретровирусов. Однако для некоторых их семейств такие различия показать не удалось, что свидетельствует в пользу двух гипотез:
1) относительно «недавнего» появления инфекционных (экзогенных) ретровирусов из их эндогенных двойников и о существовании определенной цикличности в поддержании отдельных ретровирусных семейств;
2) возможности многократного проникновения экзогенных ретровирусов в популяции приматов (и, разумеется, других позвоночных) из каких-то неизвестных природных резервуаров, способных поддерживать экзогенные ретровирусы миллионы лет.
Первая гипотеза имеет много сторонников, опирающихся на сравнительные данные по возрастным отличиям отдельных белков экзогенных и эндогенных ретровирусов, она приводится ниже. Вторая выдвинута мной из-за того, что не все данные по эволюционной истории ретровирусов можно объяснить в рамках первой гипотезы. Более подробно она приведена в подглаве 2.2 «
Существует высокая вероятность того, что ретротранспозоны периодически формируют инфекционные ретровирусы. Для этого у них имеются две возможности:
1) приобретение посредством неправильной рекомбинации (illegitimate recombination) генов, кодирующих вирусную оболочку;
2) рекомбинация с другими эндогенными вирусами. В истории основных линий эндогенных ретровирусов обычно удается проследить внешнюю, «транзиторную фазу» (transitory external phase). Данная гипотеза основана на анализе филогенетических деревьев оболочечных белков различных эндогенных и экзогенных ретровирусов (Doolittle R. F. et al., 1989).
Наличие «внешней фазы» у жизненного цикла эндогенных ретровирусов приматов подтверждено наблюдением над эволюцией многих семейств ERV. Недавно описано семейство ERV-F(c), представляющее собой «расширение» семейства ERV-F/H. Геном человека включает только 6 вставок HERV-Fc, среди которых две имеют полноразмерные гены вирусной оболочки. Дальнейшее сравнение выявленного эндогенного вируса с аналогичными вирусами у других приматов показало, что провирус ERV-F(с) является эндогенным «следом» ретровирусных элементов, активных как экзогенные ретровирусы с низкой способностью к эндогенизации (endogeneization potency). Были получены доказательства его реинтеграции с геномом приматов в два различных периода их эволюции (Benit L. et al., 2003).
Эндогенный ретровирус семейства ERV9 также неоднократно вовлекался в процесс эволюции приматов, затем его транспозиционная активность обрывалась. Первые представители семейства ERV9 (линия А) «проникли» в геном предков нынешних приматов Старого Света уже после разделения континента Гондваны (Gondwanaland), т. е. около 38 млн лет назад. Наиболее активно экспансия ERV9 по геному приматов осуществлялась в период их дивергенции от гиббонов на высшие виды обезьян (16—6 млн лет назад). В период 8–6 млн млн лет назад семейство ERV9 наиболее интенсивно пролиферировало по геному вида, предкового для человека и шимпанзе (см. рис. 4 Б). Затем пролиферация ERV9 остановилась. Как фактор эволюции генома приматов это семейство транспозируемых элементов перестало существовать. В геноме человека сохранились более сотни дефектных ERV9 и, по крайней мере, 4 тыс. одиночных длинных терминальных повтора (solitary LTRs), возникших благодаря гомологичной рекомбинации между 5’- и 3’-LTR полноразмерных ERV9, рассеянных по геному приматов в эволюционном прошлом (Lopez-Sanchez P. et al., 2005).
Как противоположность ретровирусам, имеющим экзогенные и эндогенные аналоги, было описано семейство без гена env — ERV–L (Benit et al., 1999), а следовательно, и без экзогенный фазы в своей эволюционной истории. По примеру других ретроэлементов семейство можно реклассифицировать в группу ретротранспозонов, если бы не следующее обстоятельство. Семейство имеет до 200 копий в геноме человека и мышей. Анализ его филогенетического древа, основанного на гене RT (reverse transcriptase, обратная транскриптаза), показал возможность утраты гена env в прошлом, и реинфекцию и вторичную интеграцию ERV–L в геном млекопитающих в виде полноценного провирусного элемента (Lopez-Sanchez P. et al., 2005).
Эндогенные ретровирусы обнаружены почти у каждого позвоночного вида. Но что касается HERV, то только два их семейства были выявлены в геноме других позвоночных, помимо приматов. Это семейства HERV–L у мышей, кроликов, собак, кошек (общий предок около 100 млн лет); и HERV–I у птиц, рептилий и рыб (общий предок около 400 млн лет) (Martin et al., 1997; Benit et al., 1999). Большинство же из инфицированных HERV зародышевых линий приматов появились в период от 20 до 40 млн лет назад (после разделения приматов Нового и Старого Света). Последующие взрывы реинтеграции/амплификации HERV в эволюции приматов были менее протяженными. Следовательно, участие HERV в эволюции приматов более ограничено по времени, чем его занимали других ретроэлементы, представленные в геноме человека. Например, LINE и SINE обнаружены почти во всех эукариотических линиях и до сих пор показывают признаки активности (см. подглаву 1.2).
Эндогенные ретровирусы имеют не только внешнюю, «транзиторную фазу», но и способны пролиферировать среди клеток зародышевой линии. Скорость такого процесса по восприятию времени человеком настолько мала, что сам факт пролиферирующей активности эндогенных ретровирусов можно установить по соотношению несинонимичных и синонимичных замен нуклеотидов отдельных генов (dN/dS). Дело тут в следующем. Количество копий эндогенных ретровирусов в пределах зародышевой линии может увеличиваться и без их репликации. Для этого существуют два альтернативных механизма: 1) ретротранспозицией в cis — когда вирусы используют собственные гены белков для мобилизации; они копируют сами себя и вставляются в новые участки хромосомы в пределах той же клетки, без обычной для ретровирусов экстрацеллюлярной фазы жизненного цикла (см. «Структура и цикл жизни ретровирусов»); 2) через комплементацию в trans, когда белки, необходимые для пролиферации вирусов, добавляются другими эндогенными и экзогенными вирусами. Ретротранспозиция в cis не требует интактного гена env (он необходим вирусу для перемещения за пределы клетки); комплементация в trans не нуждается в наличии у эндогенного ретровируса функционирующих генов. Достаточно чтобы он имел промотор и другие «мотивы» для экспрессии и упаковки РНК. Пролиферация эндогенных ретровирусов посредством таких механизмов приводит к накоплению в их геноме большого количества мутаций и стоп-кодонов (Belshaw R. et al., 2004).
Эти изменения почти не затронули «вернувшийся» в геном приматов Старого Света 6 млн лет назад эндогенный ретровирус HERV-K(HML-2). Семейство HERV-K(HML-2) впервые интегрировалось с геномом приматов около 30 млн лет назад. Отдельные провирусы, сохранившиеся с первого «пришествия» семейства в геном приматов, у человека сегодня напоминают о себе вирусоподобными частицами, продуцируемыми клетками злокачественной опухоли — тератокарциномы (human teratocarcinoma cells). Семейство вновь инфицировало зародышевую линию человека 100 тыс. лет назад (HERV-K113) уже в качестве экзогенных ретровирусов (Turner et al., 2001). Однако оно еще не «охватило» весь вид Homo sapiens. В геноме многих людей находят пустые сайты интеграции этого ретровируса (Belshaw R. et al., 2005) (см. подглаву 1.2 «Эволюционная роль HERV-K»).
HERV-K(HML-2) содержат неповрежденные открытые рамки считывания почти во всех генах, включая env. У них низкое соотношение несинонимичных и синонимичных замен (dN/dS). Эти находки указывают на постоянную селекцию интактных генов белков HERV-K(HML-2) и на то, что HERV-K(HML-2) увеличивали количество своих копий преимущественно через реинфекцию, а не через ретротранспозицию в cis или комплементацию в trans.
Y. N. Lee et al. (2007) попытались воспроизвести инфекционный провирус HERV-K(HML-2). Для определения способности структурных белков и ферментов, закодированных в геноме HERV-K, «собирать» ретровирусоподобные частицы, ими были сконструированы плазмиды, экспрессирующие Gag, Gag-PR и Gag-PR-Pol. Геном HERV-K имеет необычный нуклеотидный состав, в котором много кодонов, кодирующих аденин (A-rich). Такая особенность генома лентивирусов характерна для ВИЧ-1 и приводит к тому, что не полностью спласингсированные транскрипты мРНК ВИЧ-1 удерживаются в ядре клетке. Их экспорт в цитоплазму достигается благодаря экспрессии гена Rev. HERV-K кодирует функционально ортологичный Rev-протеин, названный Krev (или Rec), медиирующий экспорт РНК HERV-K из ядра в цитоплазму клетки (Magin C. et al., 2000). Поэтому клонирование и экспрессия генов HERV-K в культуре клеток 293Т были осуществлены с помощью ранее разработанного V. Zennou et al. (2004) вектора pCRV1.
Первоначально Y. N. Lee et al. (2007) для получения инфекционного ретровируса был использован HERV-K-К113, имеющий интактные открытые рамки считывания для вирусных белков (за исключением одного гена) и считающийся сегодня самым «молодым» среди эндогенных ретровирусов HML-2 (см. подглаву 1.2 «Эволюционная роль HERV-K»). Однако плазмиды, сконструированные на основе генов этого провируса, плохо их экспрессировали в культурах клеток и вирусные частицы не образовывались. Тогда исследователи пришли к выводу, что относительная «молодость» эндогенного ретровируса еще не гарантирует экспрессии всех его генов. Они отобрали группу из 10 вирусов, имевших дефекты, по крайней мере, в одном структурном гене, и установили консенсусные последовательности каждого гена. Синтезированный вирус с такой последовательностью нуклеотидов они назвали HERV-KCON. На построенном филогенетическом древе HERV-KCON занимает место, соответствующее предковой последовательности HERV-K, интегрировавшегося с геномом гоминид 6 млн лет назад (рис. 20).
А — схематическое изображение провируса HERV-K. Открытые рамки считывания изображены прямоугольниками. Под ними приведен список ретровирусов, чьи нуклеотидные последовательности были использованы для установления консенсусных последовательностей структурных генов HERV-KCON; Б — филогенетическое древо этого семейства; В — электронные микрофотографии ретровирусных частиц HERV-KCON, образовавшихся в культуре клеток 293Т. Сборка вирусных частиц происходит на плазматической мембране клетки (Lee Y. N. et al., 2007); Г — более детальное схематическое изображение структуры генома интегрировавшегося с ДНК хромосомы человека эндогенного ретровируса K108, принадлежащего к семейству HERV-K(HML-2). LTR включает три домена: U3, R и U5. Провирус содержит 5 генов: классический gag (кодирующий протеина кора вируса), prt (кодирует протеазу), pol (кодирует обратную транскриптазу, RNAseH, интеграза), env (кодирует белок оболочки вируса) и вспомогательный ген cORF/Rec, функционально эквивалентный адаптерным белкам ядерного экспорта — Rev у ВИЧ и Rex у вируса Т-клеточной лейкемии, но отличающийся от них сайтом связывания. Гены env и cORF белков транслируются со сплайсированных транскриптов, которые соответствуют участку: сайт донора сплайсинга (splice donor, SD) — сайт акцептора сплайсинга (splice acceptor, SA); PBS (primer binding site) — праймерсвязывающий сайт;? — пакующий сигнал; PPT (polypurine tract) — полипуриновый тракт РНК (используется обратной транскриптазой для инициации плюс-цепи ДНК). По N. de Parseval и T. Heidmann (2005).
Попарное сравнение нуклеотидных последовательностей десяти провирусов позволило установить основные различия по нуклеотидам между каждым из провирусов и HERV-KCON. Они заключались либо в замене G-на-A, либо C-на-T, или vice versa. Эта находка указывает на возможную роль цитидиндеаминазы (cytidine deaminases) в эволюции HERV-K у людей и на ее возможное участие в инактивации провирусов. Эксперименты Y. N. Lee et al. (2007) показали, что геном HERV-KCON содержит все функциональные компоненты, необходимые для осуществления им полного цикла ретровирусной репликации.
В дальнейших экспериментах ими установлено, что HERV-KCON оказался способен образовать псевдотипные частицы с ВИЧ-1 и вызывать их проникновение в линии клеток человека. На основе анализа генома эндогенных ретровирусов HERV-K (HML-2) и собственных экспериментальных данных, Y. N. Lee et al. (2007) сделали вывод о существовании пока неизвестных механизмов активации эндогенных ретровирусов, позволяющих им реинфицировать людей и сегодня. Они предположили возможность существования штаммов HERV-K в еще не идентифицированных репликационно-активных формах у отдельных людей и/или в их изолированных популяциях.
Независимо от Y. N. Lee et al. (2007), Contreras-Galindo R. et al. (2006) обнаружили, что dN/dS гена белка env HERV-K(HML-2) меньше единицы, что предполагает распространение этого эндогенного ретровируса через реинфицирование и способность этого семейства кодировать инфекционные вирусные частицы. Они также пришли к выводу о том, что РНК-рекомбинация эффективно удаляет мутировавшие аллели HERV-K через рекомбинацию с интактными участками различных геномов.
Коинфекция. Экзогенные и эндогенные ретровирусы взаимодействуют между собой в инфицированных клетках, но этот процесс еще плохо изучен. Например, по данным Contreras-Galindo R. et al. (2007), у ВИЧ-инфицированных больных раком появляются антитела к антигенам HERV-K, а экспрессия белков HERV-K приводит к цитотоксическим ответам Т-клеток. Эти же авторы в экспериментах в условиях in vitro показали, что ВИЧ-1 увеличивает экспрессию РНК HERV-K дозозависимым образом, и что экспрессия HERV-K в CD4(+) в Т-клетках ВИЧ-инфицированных пациентов выше, чем в контроле (см. также подглаву 3.3).
Эукариотические виды существуют, эволюционируют и исчезают в тесном ретровирусном «объятии». Для Природы является нормой постоянная или периодически возникающая инфицированность какой-то части любого многоклеточного вида репликационно-активными ретровирусами. Границы между эндогенными и экзогенными ретровирусами (например, HERV-K-К113 и ВИЧ) можно провести только на момент времени, воспринимаемый человеком. По мере масштабирования времени в пределы, вмещающие геологические эпохи, границы между эдогенными и экзогенными ретровирусами становятся менее ясными. Пандемии ретровирусных инфекций представляют собой «слоеный пирог». Его самый «верхний слой» составляют ретровирусы, активно размножающиеся в цитоплазме клеток хозяина (например, ВИЧ). Самый «нижний» представлен репликационно-активными формами эндогенных ретровирусов (семейство HERV-K-К113). «Слои» «переложены» экзонами и интронами генов, ретротранспозируемыми и регуляторными элементами, псевдогенами и другими последовательностями генома хозяина. Раскрытие взаимоотношений между ними составит основное содержание генетики на ближайшие десятилетия. Наше собственное место в Природе, особенно в сравнении с тем, которое занимают там ретровирусы, невелико. Пока мы не знаем с какой частотой происходила эндогенизация ретровирусов HERV-K (HML-2) в геноме древних гоминоидов и человека, и не можем предполагать такую возможность для ВИЧ. Но уже очевидно то, что ВИЧ/СПИД-пандемия не является обычной пандемией, вызванной проникновением в человеческие популяции нового вируса. Она «верхушка» более сложного природного явления — эволюционного процесса, который из-за нашего ощущения времени представляется нам в маске инфекционного. В эволюции гоминоидов неспособные к эндогенизаци экзогенные ретровирусы играют роль фактора терминации исходных и промежуточных видов. Тем самым они снижают заполнение экологических ниш для новых доминирующих видов, появившихся в результате активности HERV-K (HML-2) и других транспозируемых элементов генома (см. подглаву 1.2), например, по механизму симпатрического видообразования.
ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЕ ПАРАЗИТЫ И СИМБИОНТЫ МНОГОКЛЕТОЧНЫХ ОРГАНИЗМОВ
Недооценка эпидемиологами сложности мира микроорганизмов распространяется ими и на мир одноклеточных животных (
2.1. Первичный резервуар патогенных для человека микроорганизмов
Для прорывов в науке важно уметь выявлять артефакты, т. е. отдельные природные явления, не укладывающиеся в общепринятые научные представления. Собственно задачей ученого и является выявление таких артефактов и затем их объяснение. Но по сложившейся в науке практике в этом случае он рискует нажить себе много неприятностей, и, прежде всего, обвинений в «ненаучности». Чем банальней «научность», тем меньше, к сожалению, она вызывает к себе критическое отношение ученых. Однако если артефакт существует в объективной реальности, он неизбежно обвалит господствующую концепцию при дальнейшем совершенствовании методологии исследований. Ниже мы очень кратко рассмотрим ряд таких артефактов, меняющих наши представления о первичных резервуарах возбудителей опасных болезней человека, важных уже с точки зрения планирования противоэпидемических мероприятий, но одновременно необходимых и для понимания роли иммунной системы позвоночных в распространении ретровирусов.
Предыстория проблемы. Выдающийся немецкий гигиенист Макс Петтенкофер (Pettenkofer Max, 1818–1901) известен еще и тем, что решительно возражал против ведущей роли «заноса» микробного фактора в этиологии холеры как пандемической болезни. По Петтенкоферу, если холерный зародыш обозначить буквой X, а благоприятную для его развития почву буквой Y, а происходящий от их взаимодействия яд буквой Z, то ни X, ни Y не могут сами по себе вызывать холеру, а только один Z, т. е. яд. При этом специфическая природа яда определяется специфическим зародышем, а количество яда свойствами почвы. Благоприятной для развития яда, по мнению Петтенкофера, была почва, в верхних своих слоях пористая и проницаемая для воздуха и воды, и загрязненная в то же время отбросами органических веществ. Если холерный зародыш заносится в такую местность, где почва обладает данными свойствами, то он начинает созревать, обусловливая эпидемическое развитие болезни. Напротив, в тех местностях, где почва не обладает упомянутыми свойствами, занесение холерного зародыша не ведет к дальнейшему распространению болезни (Петтенкофер М., 1885).
Направление в эпидемиологии, связывающее развитие эпидемических болезней со свойствами почвы, называлось тогда
Один из последователей Петтенкофера в России, профессор Казанского университета Н. К. Щепотьев (1884), исследуя географию появления вспышек чумы в Астраханской области, пришел к выводу, что для объяснения эпидемического распространения чумы «еще недостаточно одной переносчивости ее». По его наблюдениям, существуют местности, в которые чума не заносится никогда и ни при каких обстоятельствах. Для развития же эпидемии
К числу сторонников Петтенкофера относился знаменитый патолог того времени Р. Вирхов (Virchow; 1821–1902). Но в конечном итоге его взгляды на доминирующую роль неизвестных науке факторов почвы (Y) в развитии эпидемий большая часть ученых проигнорировала. После открытия микроорганизмов — возбудителей инфекционных болезней — «вес» набирало другое направление,
Причина научного поражения Петтенкофера и других локалистов заключалась не в отсутствии у них аргументов своей правоты, с этим все обстояло скорее наоборот (см. «
Для контагионистов различия в условиях существования микроорганизмов в естественных условиях и в питательном бульоне в лаборатории, носили лишь количественный характер (концентрация и соотношение питательных веществ, температура среды, содержание кислорода и т. п.). В рамках этого подхода для них не существовало методических ограничений еще почти 100 лет. Методический уровень бактериологии, необходимый для экспериментального обоснования экологических позиций локалистов и позволяющий изучать патогенные для людей микроорганизмы в водных и почвенных экосистемах, не был достигнут не только в конце ХIХ столетия, но и почти на всем протяжении двадцатого.
Оставшись без оппонентов, ученые-контагионисты уже не стремились искать иные причины появления эпидемий и пандемий инфекционных болезней вне общих рассуждений о возможности «заноса» их возбудителей-контагиев. Эпидемиологи, сами того не подозревая, вернулись к взглядам средневековых врачей где-то времен после «черной смерти» (1346–1351). С конца XIX столетия в эпидемиологии и микробиологии господствуют антропоцентристские представления о причинах существования в природе патогенных микроорганизмов. Они очень просты и хорошо запоминаются студентами — все патогенные микроорганизмы поддерживаются в природе дикими животными и от них передаются людям, а затем распространяются между людьми. Когда реальная эпидемиология инфекционной болезни не вписывалась в эту схему, ее просто придумывали.
«Выдающимися» примерами такого подхода стали объяснения холерных пандемий заносом больными холерного вибриона из холерных местностей и возрождение раннесредневековых взглядов на эпидемиологию чумы, как на болезнь, распространяемую кораблями. Правда, теперь роль переносчика «чумного контагия» играли не вещи больных чумой, а инфицированные крысы.
Нельзя утверждать, что противоречий и «пробелов» в этих представлениях никто не замечал. Артефакты накапливались и требовали объяснения. Еще в 1956 г. W. Drozanski описал облигатные внутриклеточные паразиты свободно живущих амеб. Тогда эти микроорганизмы назвали
Под давлением эпидемиологических наблюдений Mollaret H. (1963), первым среди чумологов, был вынужден вернуться к забытому в начале XX столетия учению Макса Петтенкофера (правда, не упоминая его имени), предполагающему участие почвы в поддержании в природе возбудителей опасных инфекционных болезней. Смысл его гипотезы сводится к тому, что чумной микроб при наличии соответствующих условий может длительно персистировать в почве нор грызунов (теллурическая чума). Развивая гипотезу Mollaret, М. Балтазар (1964) пришел к заключению, что цикл чумы в природных очагах состоит из двух фаз: паразитической (на грызунах и их блохах — кратковременной и неустойчивой); и непаразитической (существование в почве нор — устойчивой). Однако где находится первичный резервуар возбудителя, эти исследования не прояснили. Чумологи по-прежнему рассуждали о заносе чумы кораблями и о тому подобных «научно обоснованных» фактах.
Прошла незамеченной работа С. В Никульшина с соавт. (1993), показавших способность ряда амеб фагоцитировать Y.pestis и сохранять ее в предцистах. Механизм и эпидемическая значимость этого явления оставались непонятным до открытия явления «некультивируемости бактерий» и разработки методов молекулярной диагностики.
Суть феномена «некультивируемости» заключается в следующем. Исследователи обнаруживают микроорганизмы в одноклеточных животных (простейших) методами молекулярной диагностики, но не могут подтвердить их наличие культивированием на искусственной питательной среде. С антропоцентристской точки зрения феномен объяснялся просто — случайностью; микроорганизм случайно попал в неблагоприятную для него среду (благоприятная среда, разумеется, питательный бульон, приготовленный в лаборатории этих исследователей) и находится в состоянии стресса. Однако границы феномена оказались значительно более широкими, чем это можно ожидать от «случайности».
Простейшие и их паразиты. Свободноживущие амебы имеют, по крайней мере, две стадии развития: трофозоиты (trophozoite) — вегетативные метаболически активные формы; и цисты (cyst) — «спящие формы», позволяющие им выжить в неблагоприятных условиях среды. Отдельные амебы, такие как
А. вегетативная форма; Б. циста. Черная полоса внизу фотографии соответствует 2 микронам (Greub G., Didier R., 2004).
Свободноживущие амебы представлены повсеместно и могут быть изолированы из воздуха, почвы, воды, назального секрета позвоночных. В почве они наиболее распространены в тех ее участках, которые покрыты растениями. На растениях обильно паразитируют грибы и бактерии, являющиеся пищей для свободноживущих амеб (Rodriguez-Zaragoza S., 1994). Более подробно о таксономии, анатомии и экологии простейших можно прочитать в работах Г. Н. Калкинса (1912), Л. Н. Серавина (1984), К. Хаусмана (1988) и А. П. Пехова (1994). Нас же простейшие интересуют как эволюционные предки макрофагов и как первичный резервуар возбудителей опасных инфекций для человека.
Амебы живут в широком интервале условий окружающей среды. Адаптация бактерий к протозойным хищникам происходит уже миллиарды лет, и в настоящее время ученые насчитывают не менее четырех форм их взаимодействия, хотя, естественно, эти знания являются только предварительными.
В основе взаимодействия простейших с микроорганизмами (бактерии, дрожжи, вирусы и др.) лежит способность группы их поверхностных рецепторов взаимодействовать со структурами, богатыми углеводом маннозой. Они получили общее название —
Механизмы проникновения свободноживущих почвенных амеб в организм позвоночных также сложно опосредованы с рецепторными структурами внеклеточного матрикса. Например, почвенная амеба
Весьма любопытно в аспекте понимания эволюции иммунной системы то обстоятельство, что амебы в условиях
Уже в этом десятилетии обнаружены микроорганизмы — внутриклеточные паразиты простейших, не растущие на искусственных питательных средах, но являющиеся патогенными для человека. Например, T. J. Marrie et al. (2001) установили, что такие микроорганизмы, как
Если "пойти в обратную сторону", т. е. проверить способность уже охарактеризованных на искусственных питательных средах патогенных для человека микроорганизмов паразитировать внутри макрофагов, непрофессиональных фагоцитов и даже в нефагоцитирующих клетках (фибробластах, эпителиоцитах), то можно обнаружить, что все они способны к такому паразитизму. Подготовленный О. В. Бухариным (1999) ретроспективный обзор таких экспериментов включает не менее 20 патогенных для человека видов бактерий. Более поздний обзор G. Greub, D. Raoult (2004) включает уже около 50 видов бактерий и отдельные виды риккетсий и вирусов.
Экспериментальные данные также свидетельствуют о другом феномене паразитизма патогенных для человека микроорганизмов у простейших —
Объяснение этому феномену я вижу в сравнении экологии обоих микробов. У псевдотуберкулезного микроба очень широкий круг хозяев, в основном среди гидробионтов. Он является комменсалом для зоопланктона (дафнии, циклопы), бентосных животных (кольчатые черви, моллюски, личинки насекомых и др.) и высших растений. Возбудитель же чумы специализирован на узком круге почвенных простейших. Следовательно, упрощение его генома является следствием дегенеративной эволюции, характерной для видовой специализации любого паразита. Но специализации не к отдельным видам позвоночных животных (включая человека), а к простейшим.
Границы феномена сапронозного существования патогенных для людей микроорганизмов. О том, что границы этого феномена очень широки, свидетельствует много косвенных факторов. Например, все так называемые возбудители опасных и особоопасных инфекционных болезней (чумы, мелиоидоза, сапа, туляремии, сибирской язвы, бруцеллеза, лихорадки Ку и др.), одновременно являющиеся и потенциальными агентами биологического оружия, имеют много сходства в эпидемиологии, биологических свойствах и в клинике вызываемых ими поражений людей, объяснить которое возможно только в том случае, если предположить, что они являются истинными паразитами (или эндосимбионтами) почвенных простейших. В пользу такого предположения говорит «привязанность» вызываемых ими вспышек болезней к конкретным местностям; отсутствие у них резистентности детоксикационного типа к антибиотикам (ненужной для внутриклеточного паразитизма); вовлечение в инфекционный процесс лимфатических узлов и фагоцитирующих клеток крови; а также «запутанность» вопроса о факторах их патогенности и токсинах. Ни один из обнаруженных у них таких «факторов» не может однозначно в эксперименте прояснить клинику вызываемой микроорганизмом у людей болезни, больше похожую на реакцию организма на суперантигенный раздражитель. Не обладают они и контагиозностью, т. е. способностью передаваться от одного теплокровного организма к другому при контакте, что обычно предполагает воздушно-капельный механизм передачи возбудителя болезни непосредственно от одного заболевшего к другому. Редкие случаи «перехода» неконтагиозной бубонной чумы в контагиозную вторично-легочную лишь исключения, подтверждающие вышеприведенные наблюдения. Ни больные с такой формой чумы, ни появившиеся через инфицирование от них больные с первично-легочной чумой, не способны поддерживать возбудитель чумы в природе, так как в 100 % известных случаев (без лечения антибиотиками) они погибают. И если этим возбудителям инфекционных болезней не придумывать эпидемиологию (см. «
Эти и другие данные позволили Пушкаревой В. И. и Литвину В. Ю. (Пушкарева В. И., Литвин В. Ю.,1994; Пушкарева В. И.,1994), выдвинуть гипотезу о
В процессе естественной циркуляции холерных вибрионов среди гидробионтов — хозяев возбудителя в водоемах, имеет место селекция токсигенных клонов и их накопление в бактериальной популяции при благоприятных условиях (активном пассировании через хозяев). Всего же у холерных вибрионов в водной экосистеме формируется, как минимум, две экологические ниши. Одна из них (непосредственно водная среда) наиболее характерна для авирулентных штаммов. Вторую нишу (сообщество водных организмов) населяет преимущественно вирулентная часть микробной популяции, устойчивая к перевариванию в организме гидробионтов — первичная функция токсигенности холерных вибрионов, возможно, как раз и состоит в защите бактериальной популяции, обитающей в водоемах, от хищничества простейших и других гидробионтов. Их объем относительно друг друга меняется. Например, при изменении численности хозяев или сдвигах в структуре водного сообщества. В разных условиях и в разные сезоны в водной популяции вибрионов могут доминировать то токсигенные, то атоксигенные клоны холерных вибрионов. Изменение уровня токсигенности всей популяции вибрионов во времени происходит за счет выхода в водную среду нарастающего числа токсигенных вибрионов из организма погибших инфузорий, где они накапливаются благодаря селективному преимуществу перед атоксигенными и слаботоксигенными вибрионами. Прогревание воды до температуры 20 0С и резкое увеличение трофности водоемов в июле — августе определяют пик численности холерных вибрионов, тесно сцепленный с пиком численности планктона. Интенсивно пассируясь среди гидробионтов, вибрионы окончательно выходят из покоящегося состояния (число бактериологически высеваемых культур максимально); численность и вирулентность водной популяции вибрионов резко возрастает, достигая эпидемически значимых показателей. Именно к этому периоду неизменно приурочен пик заболеваемости людей в очагах умеренных широт. Первичные и независимые случаи инфицирования холерой людей, связаны с водоемами, после чего распространение холеры может принять и вторичный (эстафетный) характер, в виде классической вспышки (по работе Бухарина О. В. и Литвина В. Ю., 1997).
Приведенная выше
В пределах водных сообществ легионеллы существуют в ассоциации с планктоном или как составная часть биопленок (Rogers J. et al., 1994). Разные легионеллы инфицируют своих протозойных хозяев по разным механизмам, что говорит за многообразие экологических отношений в мире микроорганизмов и простейших. Амебы имеют критическое значение для существования легионелл в окружающей среде и для их способности вызывать инфекционную болезнь у людей (Harb O. et al., 2000). Схематическое изображение взаимодействия L. pneumophila и одноклеточных животных в окружающей среде и механизма ее трансмиссии к человеку приведено на рис. 22.
1.
Взаимоотношения легионелл и
А. адгезия; Б. поглощение; В. интернализированные бактерии. mi — митохондрия. Черная маркерная полоса соответствует 0,5 мк (Greub G., Didier R., 2004).
Пассирование легионелл в амебах повышает их инвазивность и вирулентность для человека. В пользу последнего предположения говорят экспериментальные данные, показавшие многократно возросшую способность
Гены | Функция | Роль в инфекции | Примечания
dot/icm (defect in organelle trafficking и intracellular multiplication) | Аппарат секреции IV типа. Конъюгационный перенос ДНК. | Правильное созревание фагосомы. Репликация в Protozoa. Цитотоксичность, вызванная формированием пор | Agrobacterium tumefaciens и Bordetellapertussis, используют подобную систему секреции для переноса ДНК (virB) и секреции коклюшного токсина (ptl), соответственно
pmi (protozoan and macrophage infectivity) | Неизвестная функция | Внутриклеточное выживание. Правильное созревание фагосомы. Присоединение к клетке-хозяину | Вместе с dot/icmобеспечивают L. рneumophila возможность выживать и реплицироваться в эволюционно значительно отстоящих клетках
pilBCD (encodes a prepillin peptidase) | Биогенез пилей IV типа | Секреция II типа | Секреция бактериальных белков, необходимых для внутриклеточного выживания | Аппарат секреции II типа позволяет L. рneumophila выживать в Protozoa и в клетках млекопитающих
rpos | Стационарная фаза ответа на стресс | Регуляция генов, необходимых для внутриклеточного выживания | —
prp | Гомологичен prpD-гену S. typhimurium | Внутриклеточное выживание | —
mip (macrophage infectivity potentiator) | Относится к семейству белков пептидил-пролил изомераз (peptidyl-prolyl cis/trans isomerases, — PPIase) | Внутриклеточное выживание в течение ранних стадий инфекции | Необходим для инфицирования макрофагов, эпителиальных клеток и простейших
emi (early macrophage-induced locus) | Неизвестная функция | То же | —
asd (aspartate-b-semialdehyde dehydrogenase) | Биосинтез диаминопимелата | Внутриклеточная репликация | —
Гены усвоения железа | Захват и ассимиляция внутриклеточного железа | То же | -
Способность легионелл реплицироваться в амебах показывает то, что амебы являются для этих бактерий самой адекватной питательной средой.
У микобактерий, вызывающих
Хорошо изучены взаимодействия между
Микобактерии, вызывающие у людей туберкулез, могут существовать длительное время как эндосимбионты простейших. Например, Zhatao Yang et al. (2007) обнаружили в контактных линзах амебы вида
A. Бактерии-эндосимбионты палочкообразной формы, случайным образом распределенные в цитоплазме трофозоита; Б. Цисты с эндосимбионтами. В. Увеличенные бактерии-эндосимбионты в цитоплазме трофозоитов. По поверхности бактерий-эндосимбионтов «рассыпаны» рибосомы. Черная маркерная полоса соответствует 2 мк. По Zhatao Yang et al. (2007).
Механизм проникновения патогенных микобактерий в популяции людей значительно более сложен, чем у легионелл. В цепочке передачи возбудителя болезни появляется новый промежуточный хозяин — личинки кровососущих комаров. Инфицированные личинки через воду попадают в организм животных и птиц, а от них к человеку. Полученные данные согласуются с сообщениями о выделении патогенных и атипичных микобактерий из проб воды, взятых из прудов, канав и луж, и используемой для поения крупно рогатого скота, а также из опилок, соломы и сена (Ермакова М. с соавт.,1995).
А. Трофозоит
Таксономически мимивирус занимает положение между
ограниченное число подтипов вирусов гриппа А, В и С человека, вызывающих гриппозные эпидемии и пандемии; и как следствие этого феномена — «возвращение» в человеческие популяции практически одних и тех же вирусов [например, вирус, циркулировавший в 1890–1900 гг., соответствует эталонному штамму А/Сингапур/1/57/ (H2N2); а вирус, циркулировавший в период с 1900 г. по 1917 г. сходен с вирусом А/Гонконг/1/57/ (H3N2); есть и другие весьма показательные примеры такого сходства];
отсутствие среди реассортантов вирусов гриппа, циркулировавших среди людей в разных регионах мира, эпидемически значимых вариантов, или вариантов, имеющих селективные преимущества перед вируcами нерекомбинантной природы;
доминирование водного механизма передачи возбудителя инфекции в природе, проявляющегося одновременными вспышками гриппозной инфекции у разных таксонов животных, вызванных одним штаммом вируса;
появление локальных вспышек гриппозной инфекции у млекопитающих и птиц при отсутствии очевидной связи с «заносом» из других регионов;
возможность развития тяжелых форм гриппа при отсутствии пандемии и выделение вирусов гриппа у заболевших людей, не соответствующих по антигенной структуре подтипу вируса, доминирующему в данный период (так называемые «асинхронизмы»);
отсутствие надежных вирусологических доказательств «положения о непрерывности эпидемического процесса при гриппе» (обычно их подменяют результатами серологических обследований, либо ссылками на «невозможность выделения вируса в межэпидемический период», «снижением вирулентности вируса», наличием «каких-то дефектов вируса, не позволяющих их выделение в обычных лабораторных моделях» и т. п.);
консервативность вируса гриппа, выделяемого от дикой водоплавающей птицы;
то обстоятельство, что все известные подтипы вируса гриппа А выделены от птиц, причем от одной особи может выделяться несколько серовариантов одновременно;
способность вируса размножаться во всех тканях, где есть эпителиальная ткань и в фагоцитирующих клетках макроорганизма;
«поразительная скорость распространения эпидемий гриппа» — если допустить то, что инфицирование водных источников вирусом гриппа происходит одновременно на обширных территориях, например, в результате изменения экологического равновесия гидробионтов;
появление новых серотипов вируса у млекопитающих и домашних птиц как результат «отрыва» вируса от своего природного резервуара и, соответственно, снятия с него селективного давления, существовавшего в природном резервуаре (подробнее см. Супотницкий М. В., 2006).
Э. И. Коренберг (2006) в пользу своей гипотезы сапронозного существования в природе вируса гриппа приводит следующие факты:
вирусы гриппа А способны длительно сохраняться во внешней среде (в воде месяц при температуре 22 °C и до 6–8 месяцев при температуре 4 °C);
все известные подтипы вируса гриппа А обнаружены у диких птиц (в основном у водоплавающих и околоводных);
у водоплавающих птиц грипп протекает бессимптомно и как кишечная инфекция, следовательно, у них нет непосредственной передачи вируса от особи к особи, что могло бы обеспечить его поддержание в природе;
пандемии гриппа обычно начинаются в теплых регионах Юго-Восточной Азии.
Теперь мы можем очертить границы феномена микроорганизмов, способных к сапронозному существованию в природе и одновременно являющихся патогенными для людей.
Признание сапронозного характера существования в природе возбудителей опасных для человека инфекций требует от ученых,
Предадаптация к макрофагам. По мнению J. Barker и M. R. W. Brown (1994), свободноживущие амебы в эпидемических процессах среди людей играют роль «Троянского коня», позволяющего микроорганизмам преодолеть «первую линию обороны нового хозяина». Они доставляют их в пределы «Трои», т. е. к слизистым оболочкам человека и в органы дыхания, и обеспечивают микроорганизмам надежную защиту от местных факторов иммунной системы. J. D. Cirillo et al. (1997) нашли подтверждение этой гипотезе. Они продемонстрировали увеличение способности к колонизации кишечника мышей у
Верхняя схема показывает роль свободноживущих амеб как резервуара внутриклеточных бактерий и как "троянского коня" в передаче бактерий позвоночным. Нижняя — их судьбу в респираторном тракте. В цитоплазме амебы размножаются более вирулентные бактерии. Вакуоли амеб являются их «убежищем». В составе амеб бактерии достигают нижних дыхательных путей, высвобождаются и поглощаются альвеолярными макрофагами, где цикл их размножения повторяется. Овалами в цитоплазме амеб и фагоцитов показаны митохондрии. По G. Greub и R. Didier (2004).
Наиболее изучена адаптация к одноклеточным организмам легионелл. На
Стадия жизненного цикла | Свободноживущие амебы | Макрофаги
Проникновение | Обвивающий(сoiling) — фагоцитоз | Обвивающий(сoiling) — фагоцитоз
Продвижение внути клетки | Отсутствие фагосомно-лизосомного слияния | Отсутствие фагосомно-лизосомного слияния
Фагосома | Ассоциация с грубым эндоплазматическим ретикулумом | Ассоциация с грубым эндоплазматическим ретикулумом
Репликация | Интрафагосомальная | Интрафагосомальная
Выход | Лизис клетки-хозяина | Лизис клетки-хозяина
В макрофагах и амебах не происходит фагосомно-лизосомного слияния, что позволяет
Основываясь на филогенетическом анализе ADP/ATP-транслоказа-кодирующего гена хламидий, G Greub и D. Raoult (2003) показали, что процессы взаимной адаптации амеб, фагоцитирующих клеток многоклеточных организмов и микроорганизмов, начались более миллиарда лет назад, т. е. до появления многоклеточных форм жизни (см. подглаву 2.3). Естественный отбор «подгонял» их друг к другу, отбирал разные формы взаимоприспособления и отбраковывал не приспособившиеся к такому сосуществованию виды.
Исторические свидетельства. Признав за простейшими роль первичного резервуара микроорганизмов, патогенных для человека и животных, нам необходимо признать и то, что должны быть местности, где таких простейших много, и что существуют условия, при которых равновесие между простейшими и их паразитами или эндосимбионтами из числа микроорганизмов, нарушаются. Этот феномен сегодня мы фиксируем по микробиологически подтвержденным эпизоотиям среди животных, по обнаружению инфицированных эктопаразитов и вспышкам инфекционных болезней среди людей. Но если такие очаги существуют постоянно, то сведения об их активизации, т. е. об эпидемических катастрофах, должны периодически фиксироваться в исторических источниках. Ниже, применительно к контексту данной книги, мы приведем только отдельные из них.
Начнем с масштабных эпидемических катастроф. Удивительным образом совпадают местности, охваченные чумой в период ее первой пандемии (VI столетие, «чума Юстиниана») и второй (1346–1351 гг., «черная смерть»). Совпадают даже сроки распространения пандемий — каждая приблизительно «укладывается» в 5 лет. Обе пандемии развились как бубонные (во время второй пандемии у многих больных бубонной чумой развивалась вторично-легочная чума; этот феномен более подробно изложен в нашей книге; Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006). Но известно, что,
Сузим горизонт нашего видения до эпидемий чумы средины XVII столетия. Со времен «черной смерти» прошло три столетия. Неконтагиозная болезнь, бубонная чума, вновь «расползается» по Европе в направлении с юга и востока на запад и север и поражает те же города, что и во времена «черной смерти» (Генуя, 1647; Барселона, 1653; Копенгаген и Москва, 1654; Неаполь и Силезия, 1656; Амстердам, 1658; Лондон, 1665). В этих эпидемиях гибнет не менее миллиона человек, но ни в одном из перечисленных городов сегодня нет даже «следов» природных очагов чумы в понимании авторов двух вышеприведенных источников.
Теперь посмотрим на «частный случай» — на отдельные обстоятельства бубонной чумы, вспыхнувшей в Одессе 1812 г. В исторических источниках она проходит как «портовая», т. е. занесенная кораблями. Но материалы комиссии статского советники Н. Трегубова, расследовавшей причины чумы в городе, свидетельствуют об отсутствии заболеваний чумой в Одесском портовом карантине, хотя через него «прошло» за весь 1812 г. 8,5 тыс. человек. Чума началась не в порту, а среди актеров одесского театра (Белиловский В. А. с соавт., 1904). В нашей книге приведена карта того времени, показывающая распространение чумы по Малороссии в 1812 г. Ее зафиксировали среди людей в десятках населенных пунктах, разбросанных по всему краю, не имеющему сегодня природных очагов чумы в традиционном, бактериологическом их подтверждении (Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006). Мы еще многого не знаем о природной очаговости чумы!
Любопытны наблюдения холеры, сделанные локалистами того времени. Исследуя динамику появления холерных вспышек в населенных пунктах Казанской губернии, Н. К. Щепотьев (1890) заметил, что холера распространялась «против течения рек», поэтому он считал, что «извержения холерных больных» не могли служить источником заражения населенных пунктов ниже по течению рек. Он также заметил, что в 1853 г. эпидемии в Демьянском, Ядринском и Чебоксарском уездах начались и прекратились одновременно. Анализ территориального распределения холерных случаев за 30 лет позволил ему установить, что в течение четырех крупных холерных эпидемий (1847, 1848, 1853 и 1871 гг.), как правило, болезнь поражала людей в одних и тех же местностях Казанской губернии. Это означает, что холерный вибрион не завозился и не заносился, а существовал в этих местностях, как и полагал Щепотьев, аутохонно.
Теперь обратимся к знаменитому спору Макса Петтенкофера с Робертом Кохом о роли воды в распространении холеры. Не будем сразу считать Петтенкофера ретроградом, а вникнем в его аргументацию. Контагионисты во главе с Кохом и Гафки (1887), в подтверждение роли воды в переносе возбудителя холеры, утверждали, что строительство водопровода в Калькутте в 1867 г. привело к резкому снижению заболеваемости населения города холерой. Петтенкофер (локалисты), проанализировав статистические данные по заболеваемости холерой в Калькутте, пришел к выводу, что она имеет пульсирующий характер. Поэтому в течение последних 25 лет холера в Калькутте была значительно слабее, чем в предшествовавшее 25-летие. И как раз слабое проявление болезни совпадает с введением в эксплуатацию водопровода. Поэтому Петтенкофер согласился с тем, что Кох, на первый взгляд, имел некоторое основание приписать именно водопроводу преобладающее значение в ослаблении холеры. Но не более того. Оказалось, что эти скачки холерной смертности — то вверх, то вниз — встречаются как в период времени до 1869 г., так и после него.
Петтенкофер указал на продолжительное снижение заболеваемости холерой в Калькутте в 1847–1850 гг. Холера «держалась» на сравнительно низких цифрах в 1854, 1855 и 1857 гг. Но самое заметное падение холерной кривой начинается с 1864 г., т. е.
Ну а если серьезно, то локалисты пришли к выводу, что
В исторических источниках приводятся описания и трудно объяснимых с точки зрения контагионистических представлений, совпадений эпидемических катастроф. В период с 1918 г. по 1922 г. по Поволжью, Прикаспию, Закавказью, Забайкалью и по разным местностям, прилегающим к границам России, прокатились вспышки чумы. В 1918 г. радикально изменилась ситуация по холере. Вспышки болезни зафиксированы в 40 российских губерниях, в Средней Азии, на Кавказе и в Сибири (до Якутска). Холера не прекращалась и в 1919 г. и в 1920 г. даже зимой. Но размах холерной эпидемии 1921 г. был настолько большим, что ее выделили в отдельную эпидемию, сопоставимую по потерям среди населения с наиболее крупными холерными эпидемиями прошлого. Смертность от холеры среди населения составила 55 % от количества заболевших. В некоторых населенных пунктах она достигала 80 и даже 100 %. Летом (!) 1918 г. в Росси вспыхнула пандемия гриппа, названная тогда «испанкой». В период 1918–1922 гг. Россия пережила невиданную в мировой истории эпидемию сыпного и возвратного тифов. Большие и узловые станции железных дорог были забиты трупами людей, умерших от тифа. На некоторых станциях залежи трупов достигли огромных размеров, города не успевали открывать тифозные больницы. От «сыпняка» погибла армия адмирала А. В. Колчака. Обычно за сыпным тифом (смертность от 8 до 80 %, что зависело от условий жизни заболевшего) следовал возвратный тиф (смертность до 3 %); тех, кто переживал паразитарные тифы, «прореживали» холера и голод. В 1921 г. внезапно малярия «вышла» далеко за пределы своего обычного распространения, она охватила всю страну и продвинулась даже в ее северные районы. Тяжелые формы тропической малярии, наблюдавшиеся до войны только в предгорьях Кавказа, в Поволжье и в Средней Азии, распространились по всей республике — малярия приняла характер жесточайшего народного бедствия. Ее отличала необычайная смертность — за 1921 г. 11,3 % от числа заболевших первично, но в некоторых группах населения смертность доходила до 80 %.
Не всегда эти эпидемические события поддаются объяснению трудностями гражданской войны и разрухой того времени. Так
Напоминание этих фактов должно предостеречь читателя от упрощенного отношения к экологии возбудителей опасных инфекций. Возможно, что при столь значительных различиях между собой по биологическим свойствам (возбудители чумы и холеры — это бактерии; возбудители паразитарных тифов — риккетсии; возбудитель гриппа — РНК-вирус; возбудители малярии — одноклеточные паразиты крови), их экологические ниши на отдельных территориях находятся в зависимости от одних и тех же природных факторов, что и вылилось в чудовищную эпидемическую катастрофу 1918–1922 гг.
Простейшие, обитатели водных и почвенных экосистем, являются как эволюционными предками макрофагов, так и резервуаром возбудителей инфекционных болезней для многоклеточных организмов, и эти два феномена находятся в причинно-следственной связи друг с другом. Роль простейших в поддержании в природе возбудителей опасных инфекционных болезней людей эмпирически зафиксировал Макс Петтенкофер в виде фактора, названного им «фактором Y». К микроорганизмам, способным к сапронозному существованию и одновременно являющимся патогенными для людей, относятся те из них, которые начинают свое размножение в организме в фагоцитирующих клетках, т. е. почти все из известных на сегодняшний день. То, что феномен сапронозного существования пока установлен лишь для отдельных микроорганизмов, опасных для человека, означает новизну данного направления исследований и дает шансы исследователям на обнаружение новых природных закономерностей и явлений. Способность многих недавно выявленных микроорганизмов размножаться только в фагоцитирующих клетках, свидетельствует в пользу того, что именно они, а не искусственные питательные среды современных лабораторий, являются питательной средой, наиболее адекватной их физиологическим потребностям. Нам придется внести очень серьезные изменения в свои представления о физиологии и биохимии микроорганизмов, когда мы начнем их изучать в естественных экосистемах.
Имеющиеся экспериментальные данные по экологии микроорганизмов, эпидемиологические наблюдения и исторические свидетельства, позволяют предположить наличие в природе стойких природных очагов возбудителей опасных для людей инфекционных болезней (в том числе и ВИЧ), не подпадающих под рассмотрение современных теорий природно-очаговых болезней и существующих как «подводная часть айсберга» очагов, обнаруживаемых бактериологическими или вирусологическими способами. Границы и организация таких очагов могут быть установлены с помощью методов молекулярной диагностики, но такую задачу ученые еще должны перед собой поставить. Для понятийной дифференциации таких очагов от тех, территориальные границы которых очерчены по эпизоотиям среди диких животных, мы предложили их называть
2.2. Простейшие — симбионты многоклеточных
При усложнении многоклеточных организмов сложившиеся за миллиарды лет отношения между клетками, способными к фагоцитозу и их паразитами, продолжали оставаться прежними. Этот феномен пока не изучен системно, и я вынужден для его описания использовать разрозненные экспериментальные данные разных авторов.
«Чужие здесь не ходят». Такие отношения обнаруживаются уже тогда, когда начинаешь анализировать пути проникновения в организм людей и животных микроорганизмов, вызывающих у них опасные инфекционные болезни. Не только легионеллы проникают в организм человека через макрофаги (см. подглаву 2.1
Возбудитель сибирской язвы. В настоящее время экология
Эндоспоры
Макрофаги поглощают бациллы и мигрируют к региональным лимфатическим узлам. Вегетативные
Отношения
AM были инфицированы спорами
Инфицировав альвеолярные макрофаги, споры быстро достигают эндосомальных компартментов, где должно происходить их разрушение. Однако некоторые споры остаются жизнеспособными и после прорастания превращаются в бациллы, которые реплицируются внутри макрофагов. По данным S. Ruthel et al. (2004), это происходит следующим образом. Временные интервалы «прорастания» спор варьировали, но обычно бациллы начинали удлиняться через 4–5 часов после проникновения в альвеолярные макрофаги, и реплицировались уже через 5–6 часов. В их экспериментах до 10 % макрофагов оказались неспособными подавить репликацию сибиреязвенного микроба. Среднее количество спор на макрофаг, которое в последующем приводило к репликации бактерий, составило 6–7, следовательно, более высокая множественность заражения повышала возможность преодоления спорами защитной способности макрофагов.
Форма макрофагов была типичным отражением роста бацилл внутри макрофагов: плазматическая мембрана макрофагов растягивалась, чтобы вместить все бациллы, и примерно через 7 часов макрофаг разрывался. Споры образовывали цепочки еще внутри клеток, до их гибели. В организме животных этот процесс завершался уже в лимфатических узлах (Ruthel S. et al., 2004). Следовательно, альвеолярные макрофаги не запускают каскад иммунных реакций, направленных на освобождение организма от возбудителя сибирской язвы, а «пособничают» ему, доставляя его в более безопасные для размножения ткани, но так им было предопределено естественным отбором еще в архее.
В начале 1990-х гг. установлено, что и токсины
Размножению
На первый взгляд, продуцирование
Если предположить, что способность бактерий синтезировать токсины закрепляло какую-то неизвестную сегодня сигнальную функцию в образуемом ими биоценозе, то понятен и двухкомпонентный состав, и одноударность их действия (по бинарным токсинам бацилл см. обзорную работу Barth H. et al., 2004). Преимущество такой структуры для передачи сигналов заключается в том, что при ее распространении из центра сигнал не ослабляется на большом расстоянии. Если бы передача сигнала осуществлялась структурами, не способными к лиганд-специфическому взаимодействию, то сигнал ослабевал бы по мере диффузии сигнальных молекул. Отсюда, как следствие, способность воздействовать на другие типы клеток в чрезвычайно низких концентрациях. Применительно к почвенным свободноживущим амебам такое действие должно заключаться в блокировании каких-то их защитных функций, облегчающих микроорганизму проникновение в эти организмы и последующее размножение. Выброс почвенными фагоцитирующими клетками хемокинов — это сигнал о помощи, адресованный другим простейшим, своего рода призыв двигаться к месту нападения «на своих». У многоклеточных организмов это свойство хемокинов используется для направленной миграции лейкоцитов в очаг воспаления (см. подглаву 2.2 «
Возбудители бруцеллеза. Виды
О взаимоотношениях бруцелл с простейшими, естественно, ничего неизвестно, однако их взаимоотношения с макрофагами изучены весьма обстоятельно и, что весьма важно для достижения цели нашей работы, они между ними складываются совсем иначе, чем у
Бруцеллы обитают в организме млекопитащих преимущественно внутри макрофагов и плацентарных трофобластов. Хронический характер вызываемых
R. M. Roop et al. (2004) называют их способность выживать и размножаться в макрофагах «потрясающей» («impressive»). Их удивляет то обстоятельство, что, хотя опсонизация специфическими IgG или активация гамма-интерфероном повышает бруцеллацидную активность культивированных макрофагов, вирулентные штаммы все же выживают в этих клетках и демонстрируют внутриклеточную репликацию. Механизм выживания бруцелл в макрофагах следующий.
Сразу после проникновения в макрофаг бруцеллы располагаются в подкисленном компартменте, который сливается с компонентами ранней стадии эндосомного обмена. Там они переживают окислительный взрыв. Поэтому нет ничего удивительного в том, что в экспериментах они весьма устойчивы к действию факторов внешней среды, хотя с ней сами непосредственно не соприкасаются. Продвижение содержащих бруцеллы вакуолей по эндосомно-лизосомному пути обмена ограничено, и вирулентные штаммы переносятся во внутриклеточный компартмент, обычно называемый репликативной фагосомой. Иногда его еще называют «бруцеллосомой». Репликативные фагосомы возникают в результате обычного клеточного процесса — постоянных взаимодействий между содержащей
Недавно было продемонстрировано, что гладкий липополисахарид (ЛПС)
Отсутствие этапа слияния с лизосомами сближает репликативный цикл бруцелл с репликативным циклом легионелл (см. рис. 22), и делает его непохожим на репликативный цикл возбудителя сибирской язвы. Бруцеллы имеют совершенно иной набор генов «факторов вирулентности», чем
Для нас в цикле размножения бруцелл в макрофагах важно другое — проглядывающееся
Возбудитель туляремии. Экспериментально установлена способность возбудителя этой болезни,
А.
L. Antony et al. (1991) изучили рост в макрофагах грызунов
Показательно и то, что
Возбудитель чумы. До обнаружения ВИЧ, по своей способности вызывать катастрофические эпидемии он не знал равных. Относится к потенциальным агентам биологического оружия и уже неудачно использовался японской армией в военных целях в годы Второй мировой войны. С конца XIX столетия считается, что возбудитель чумы поддерживается в природе среди грызунов. У отдельных ученых подозрения о сапронозном существовании
Экспериментальные доказательства того, что
Снимки сделаны на поздней стадии инфекции. Вокруг внутриклеточно расположенных
Показано, что продолжительность существования Y. pestis в пределах макрофагов во время инфекционного процесса зависит от природы хозяина и инфицированных тканей. До 80 % фагосом перитонеальных макрофагов, населенных Y. pestis, сливаются с лизосомами в течение ближайших 2,5 ч после инфицирования, процесс заканчивается в течение 8 ч. Но за это время возбудитель чумы формирует вместительную вакуоль и успевает размножиться (Grabenstein J. et al., 2006). Следовательно, в патогенезе чумной инфекции проявляется эволюционно закрепленная за Y. pestis способность к паразитическому существованию среди почвенных простейших, когда микроорганизм не вступает в эндосимбиотические отношения со своим хозяином. Но мир простейших очень сложен и разнообразен. Возможно, что среди одних простейших возбудителю чумы удается существовать как эндосимбионту, среди других, ставших эволюционными предшественниками макрофагов, он размножается как паразит. Экспериментально это пока никак не подтверждено, но такие альтернативы в существовании
Для эпидемий чумы, воспринимаемых современниками как катастрофические (пандемия «черной смерти» в 1346–1351 гг., вспышки чумы в Лондоне в 1665 г., в Марселе в 1721 г., в Москве в 1771 г. и др.), характерны:
1) постепенное распространение болезни по территории;
и 2) цикличность эпидемического процесса.
Первые случаи болезни вызываются маловирулентными возбудителями, сотни людей ходят с бубонами, но смертность среди них невысока. Затем вирулентность
В лимфоидных тканях при чумной инфекции происходят процессы, которые берут начало еще во времена господства на Земле одноклеточных организмов. В весьма содержательных экспериментах Marketon M. et al. (2005) было обнаружено, что в селезенке мыши при экспериментальной чумной инфекции практически не поражаются Т- и В-клетки, хотя они там представляют большинство. Зато «в полном составе» гибнут такие клетки-мишени, как макрофаги, дендритные клетки и гранулоциты/нейтрофилы. Авторы делают вывод, что
Вирус натуральной оспы (ВНО). ВНО тысячелетиями был спутником человека, он встречал его после рождения, и нередко сразу же провожал в «последний путь», что сегодня напоминает «выбраковку» Природой отдельных особей вида Homo sapiens. Вызываемая ВНО болезнь оказалась единственной в истории эпидемий, которую с древности считали «очистительной» (см. работу Губерта В., 1896). А так как натуральная оспа до введения массовой противооспенной вакцинации поражала почти всех детей до года, то ее до начала XVIII столетия не относили к инфекционным болезням, а считали «врожденным» заболеванием, которое обязательно должно проявится у ребенка после рождения. Например, Авиценна (см. его труд «Канон врачебной науки», кн. 4) утверждал, что оспа есть результат брожения в крови человека, сходное с брожениями, которые происходят в выжатых соках плодов и приводят к тому, что их частицы отделяются одна от другой. Причиной такого борожения крови ребенка являются «остатки питательного вещества месячных женщины, образовавшегося при беременности или зародившегося после нее от мутных, нехороших яств, которые разжижают состав крови и волнуют ее».
В настоящее время натуральная оспа считается уничтоженной. Мы не нашли данных, свидетельствующих о возможности поддержания ВНО среди почвенных амеб, но его поведение среди макрофагов ничем не отличается от поведения тех микроорганизмов, для которых такая связь установлена, впрочем, судите сами.
ВНО среди людей распространяется воздушно-капельным путем. В организме человека он предварительно накапливается в альвеолярных макрофагах, затем по лимфатическим путям проникает в лимфатические узлы, где происходит его репликация, после чего ВНО обнаруживается в свободных макрофагах иммунной системы и в крови (первичная виремия). Дальнейшее его распространение происходит по лимфатической системе, и, только накопившись в фагоцитах, он в больших количествах попадает в кровоток (вторичная виремия). Даже если ВНО попадает в организм человека нехарактерным для него путем, например, через порез в коже, его накопление осуществляется фагоцитирующими клетками. Сначала он проникает в макрофаги, ими заносится в лимфатические узлы, там размножается и затем распространяется по организму (Маренникова С.С., Щелкунов С.Н., 1998) (более подробно о генерализации ВНО см. подглаве 3.1).
Микобактерии. Ежегодно в мире выявляется до 8 млн новых случаев туберкулеза среди людей (Hui Pan et al., 2005) и от 500 до 700 тыс. новых заболевших «малозаразной» болезнью — проказой (Scollard D. M. et al., 2006). Сегодня имеются веские основания считать возбудители туберкулеза (M. tuberculosis) и проказы (M. leprae) сапронозами (см. подраздел 2.1). Эти два микроорганизма, несмотря на свое таксономическое сходство, вызывают у людей разные болезни, а их распространение в человеческих популяциях проявляется разными эпидемическими процессами. Ниже мы рассмотрим элементы их прошлого сапронозного существования в инфекционном процессе. В подразделе 4.1 обратимся к механизмам, которые вовлекают эти микроорганизмы в эпидемии.
Возможно, эта схема работает против каких-то других микроорганизмов, но только не в отношении «старых знакомых» фагоцитирующих клеток — M. tuberculosis и M. leprae. В отличие от дифференцированных макрофагов, дендритные клетки обладают способностью к активной миграции по тканям организма и поэтому их считают важным фактором в развитии инфекционного процесса при туберкулезе и проказе (Smith I., 2003; Scollard D. M. et al., 2006).
Однако вернемся к M. tuberculosis. В легочных тканях инфицированные фагоцитирующие клетки в пределах от 2 до 6 недель вызывают клеточные иммунные ответы, проявляющиеся «наплывом» лимфоцитов и активацией и повреждением макрофагов, формирующих так называемую гранулему — казеозные очаги, окруженные фибриновой тканью. Казеозную («творожистую»; caseum = cheese) массу гранулемы формируют погибшие макрофаги (более подробно о формировании и классификации таких гранулем см. в работе Grosset J., 2003). Жизнеспособные M. tuberculosis обычно сохраняются в казеозном центре гранулемы и могут реактивироваться и инфицировать дыхательные пути, вызывая некроз бронхов и образуя полости в легочной ткани. Фиброзные изменения легочной ткани соответствуют отчаянной попытке защитных механизмов хозяина остановить инфекционный процесс путем формирования вокруг центральной зоны некроза защитного вала из коллагена, эластина и гексозаминов (Schluger N. W., 2005).
Роль альвеолярных макрофагов в этом процессе следующая. M. tuberculosis связывается с ними посредством рецепторов комплемента (CR1, CR2, CR3 и CR4), маннозных рецепторов и других поверхностных молекул, хорошо «знакомых» микобактерии из их совместного эволюционного прошлого (например, toll-like receptor 2; TLR2) (Schluger N. W., 2004). Взаимодействие бациллы с маннозным рецептором фагоцитирующей клетки происходит через поверхностный микобактериальный гликопротеин липоарабиноманн (lipoarabinomannan, LAM) (Schlesinger L. S., 1994). M. tuberculosis проникает в макрофаг посредством эндоцитирующей вакуоли — фагосомы (Smith I., 2003).
Туберкулезная палочка не имеет классических факторов вирулентности, подобных токсинам Corynebacterium diphtheriae, Escherichia coli O157:H7, Shigella dysenteriae или Vibrio cholerae, определяющих клинику болезни. Однако микобактерия ингибирует фагосомно-лизосомное слияние [phagosome — lysosome (P-L) fusion] еще в момент своего контакта с фагоцитирующей клеткой. P. Kang et al. (2005) установили, что взаимодействие липоарабиноманна микобактерии с маннозным рецептором является ключевым моментом предотвращения фагосомно-лизосомного слияния. Благодаря ему предотвращается формирование кислой среды во внутриэндосомальном пространстве и блокируется увеличение концентрации Ca2+ в цитозоле макрофага. Так как увеличение концентрации Ca2+ стимулирует другие защитные реакции клетки-хозяина на инфекцию, например, такие как «респираторный взрыв», продукция NO и цитокинов, то блокирование этой реакции помогает M. tuberculosis избежать срабатывания защитных механизмов хозяина не только на уровне макрофага, но иммунной системы в целом. Такая «выносливость» туберкулезной бациллы в ранней эндосоме уменьшает экспрессию белка главного комплекса гистосовместимости II типа на поверхности макрофага и презентацию антигенов M. tuberculosis Т-хелперам, что приводит к длительному персистированию этого микроорганизма среди клеток реликтовой иммунной системы (объяснение термина «клетки реликтовой иммунной системы» приведено в подглаве 2.3). Детально механизм, посредством которого патогенные микобактерии предотвращают созревание фагосомы, не изучен (Smith I., 2003). Однако микобактерии могут существовать в фагоцитирующих клетках в больших количества и это никак не отражается на прогрессировании болезни (Kaushal D. et al., 2002). Неконтролируемый рост M. tuberculosis, начинающийся обычно из сайта инфекции, приводит к обширным разрушениям легочной ткани и гибели пациента из-за кислородной недостаточности и легочного кровотечения. Неблагоприятный исход болезни может быть связан с облитерацией легочной паренхимы из-за хронической кислородной недостаточности, с обструкцией бронхо-альвеолярной проходимости в результате гранулематозного роста и по другим причинами (Шебанов Ф.В., 1964). Их мы рассмотрим в подразделе 4.1.
Таксономическое сходство
Дегенеративность генома
Более 95 % людей устойчивы к проказе.
Для специфической гранулемы лепроматозного типа характерно наличие крупных «лепрозных клеток» (клеток Вирхова) с вакуолизированной протоплазмой и массой заключенных в них
Как и
Макрофаг не убивает
Шванновские клетки (леммоциты) представляют собой клетки нервной ткани, образующие оболочки длинных отростков нервных клеток (аксонов) в периферических нервах и ганглиях. Филогенетически это очень древняя ткань — подобная оболочка окружает периферические нервы моллюсков и червей. Шванновские клетки похожи на простейшие организмы, они имеют реснички и способны к волнообразным движениям. В отношении отростков нервных клеток они выполняют опорную функцию. Через вещество шванновских клеток или на их стыке в отросток нервной клетки проникают метаболиты.
Ретровирусы. ВИЧ-инфекция проявляется очевидной патологией — нарушением функционирования иммунной системы. Поэтому с самого начала изучения этой проблемы интерес у ученых вызывали только те феномены, которые имеют отношение к взаимодействию вируса с клетками иммунной системы человека и их последствиям. Такая позиция понятна, если воспринимать события, происходящие с участием иммунной системы человека, во-первых, в его, человека, ощущении времени; во-вторых, если считать наши представления об иммунной системе законченными, нуждающимися лишь в мелких дополнения. А чтобы эта позиция стала еще прочнее, надо просто не учитывать то обстоятельство, что ВИЧ в принципе не может научиться управлять иммунной системой человека, так как у них обоих нет возможности для совместной эволюции и «учебы». ВИЧ, если он вызывает инфекционный процесс у хозяина, то уже не оставляет после себя живых и чему-то «научившихся» (коэволюционировавших) особей.
Роль тканевых макрофагов в патогенезе ВИЧ-инфекции также оказалась очень не похожей на ту, которую им положено играть в иммунном ответе на возбудитель инфекционной болезни, придерживаясь учебников по иммунологии. Было установлено, что они не только не «переваривают» ВИЧ, но и «перетаскивают» его в лимфатические узлы и ткани мозга (Koening S. et al., 1986; Kaul M. et al., 2005; Trujillo R. et al., 2007) (рис. 34).
ВИЧ проникает в ЦНС с макрофагами. Клетки макрофагальных линий составляют большинство из ВИЧ-1-инфицированных клеток мозга, которые формируют многоядерные гигантские клетки, гистопатологический признак продуктивной ВИЧ-1 инфекции в мозге. Инфицированные макрофаги (MF)/микроглия высвобождают различные нейротоксические субстанции. MMPs (matrix metalloproteinases) — матриксметаллопротеазы. Более подробно о механизмах повреждения мозга при ВИЧ-инфекции см. в работе Kaul M. et al., 2005.
Еще макрофаги играют резервуарную роль для ВИЧ, делая его недоступным ни для средств антиретровирусной терапии, ни для специфических антител (Orenstein J. M. et al., 1997). Но этим «странности» во взаимоотношениях ВИЧ с фагоцитирующими клетками человека не кончаются, они плавно переходят в пробелы в представлениях об эволюции нашего вида (см. подглаву 2.3).
Выше на конкретных примерах показана способность фагоцитирующих клеток человека и почвенных простейших взаимодействовать с микроорганизмами и друг с другом посредством одних и тех же рецепторов — маннозных (mannose receptor, MR) (см. подглаву 2.1 «
R. Trujillo et al. (2007) установили, что избирательность ВИЧ-1 по отношению к специфическим типам клеток является регулируемой посредством взаимодействия между вирусной оболочкой и клеточными рецепторами. Когда ВИЧ проникает в клетку посредством CD4 и других хемокиновых рецепторов, специфически взаимодействующих с gp120 оболочки вируса, то его «поведение» в клетке становится другим — он начинает реплицироваться, активно используя ресурсы клетки, т. е. «превращается» в паразита (рис. 35).
Аналогично
ВИЧ имеет собственный белок, вызывающий хемотаксическую активность моноцитов человека — Nef. Ранее он был известен как фактор, способствующий прогрессированию СПИДа. Но M. H. Lehmann et al. (2006) уточнили механизм его действия. Они установили, что внеклеточный Nef дозозависимо увеличивает миграцию моноцитов; благодаря этому механизму ВИЧ распространяется по организму человека.
Ретровирусы в лабораторных условиях легко инфицируют модельных животных через дыхательные пути. В естественных условиях такой путь передачи не только им не нужен, но и противоречит их стратегии паразитизма (см. подглаву 3.3). Эти результаты можно объяснить по аналогии с вышеприведенными данными следующим образом. ВИЧ легко проникает в альвеолярные макрофаги модельных животных потому, что он уже хорошо знаком с их эволюционными предшественниками — свободноживущими амебами почв.
В пользу последнего предположения также свидетельствуют:
1) многократное инфицирование приматов на протяжении их эволюционной истории ретровирусами одного семействе (см. подглаву 1.3);
2) наличие в геноме отдельных «молодых» видов млекопитающих «древних» ретровирусов приматов.
Например, получены доказательства, по крайней мере, двух «взрывов» распространения ERV–L по геному мышей, но не крыс, имевших место менее чем 10 млн лет назад. Однако в геноме приматов ERV–L «обосновались» не менее чем 45 млн лет назад (Benit L. et al., 1999). Естественно, что мыши не могут быть эволюционной ветвью приматов и инфицировались они ERV–L уже после дивергенции их предкового вида на крыс и мышей. Поэтому объяснить наличие в их геноме копий этих ретровирусов от какого-то общего предка грызунов, а не от источника «вне вида», поддерживающего эти ретровирусы в экзогенном состоянии миллионы лет, весьма затруднительно.
Ни один из перечисленных в подглаве микроорганизмов, включая ВИЧ, не нуждается для своего поддержания в природе в существовании человека как биологического вида. Поэтому не может быть и речи об их совместной эволюции. Даже те механизмы их взаимодействия, которые производят впечатление «хорошо пригнанных» друг к другу, «пригонялись» в тот период геологического времени, когда в природе господствовали простейшие-эукариоты и прокариотические организмы. ВИЧ взаимодействует с фагоцитирующими клетками человека с использованием тех же механизмов, что и другие паразиты свободноживущих простейших. В то же время поддержание экзогенных ретровирусов клетками реликтовой иммунной системы многоклеточных организмов проявляется другим процессом, эволюционным. Мы рассмотрим его ниже.
2.3. Архейские предки иммунной системы человека
Обычно в монографиях, описывающих функционирование иммунной системы человека (см., например, обстоятельную работу Белоцкого С. М. и Авталиона З. З., 2006), ее организация представляется законченной и продуманной схемой, в соответствии с которой все ее звенья дружно противостоят враждебному проникновению опасных микроорганизмов. Общепринятое понимание функционирования иммунной системы иммунологами предполагает исключительно дословное толкование латинского термина
Локус генов Rag1/2. Это гены ферментов, являющихся ключевыми участниками V(D)J-рекомбинации (см.
Обнаружено значительное структурное сходство между RAG-белками и белками, принадлежащими к суперсемейству интеграз ретровирусов. Для них установлены общие механизмы рассечения цепей ДНК (одноцепочечный разрыв через гидролиз и перенос нити через трансэстерификацию); потребность в дивалентных ионах металлов (Mg2+ или Mn2+); способность использовать альтернативные нуклеофилы, такие как алкоголь; образование шпилек ДНК; и способность к обратной реакции (disintegration) (Polard P., Chandler M., 1995; Landree M. A. et al., 1999).
Суперсемейство иммуноглобулинов (Ig-SF). Это огромное семейство белков адгезии, название которого более известно по названию одного из факторов иммунной системы позвоночных — иммуноглобулиновых антител, эволюционно появившихся в этом семействе последними. Основными критериями включения белков в суперсемейство являются определенная пространственная организация молекул и статистически достоверная гомология с известными иммуноглобулинами. Каждый домен, входящий в состав иммуноглобулина, представляет собой двухслойное молекулярное образование, построенное по принципу нескольких антипараллельных бета-структур, стабилизированных связями — S — S—. Так образуется молекулярная конформационная структура, свойственная только членам суперсемейства иммуноглобулинов. В англоязычной литературе она получила обозначение Ig-fold (иммуноглобулиновая складчатость) (рис. 36).
А. диаграмма кристаллографического анализа V-домена тяжелой цепи миеломного белка New человека, демонстрирующая характер двухслойной складчатости типа Ig-fold данного домена. Б. схема связи между бета-структурными слоями и альфа-спиральными положениям Ig-fold. Черные линии — гипервариабельные участки (рисунок из книги Галактионова В. Г., 2005).
В аспекте понимания происхождения самих белков Ig-SF любопытно то, что и они не являются оригинальными структурами, появившимися исключительно для осуществления разнообразных механизмов клеточной адгезии. Да и появиться «ниоткуда» они не могли, природа экономна в том, что касается базовых структур поддержания живой материи. Их происхождение уходит к очень древним белкам адгезии — гистонам, осуществляющим управление работой генов и стабилизирующим вторичную структуру ДНК и хроматина (см. подглаву 1.1). Гистоны управляют скоростью V(D)J-рекомбинации у индивидуума (Espinoza C., Feeney A., 2005). Но Ig-SF в «гистоновом мире» играет более древнюю роль, чем сами гистоны — роль шаперонов, т. е. структур, поддерживающих конформацию эгистонов и определяющих характер гистон/гистонового взаимодействия (рис. 37).
А. Общая структура шаперона Asf1N, связывающего гистоновые белки H3альфа3. 1 — Asf1N, связывающийся со спиралью H3альфа3; 2 — бета-цепи (обозначены посредством номенклатуры, принятой для переключающегося типа Ig-подобной складчатости; switched-type Ig-like folds).Б. Структурные детали взаимодействия шаперона Asf1N с гистоновыми белками. 1 — Asf1N; 2 — гистоновые белки H3альфа3. Ван-дер-Вальсовые взаимодействия показаны полукружиями. Ионное спаривание и взаимодействие за счет образования водородных связей показаны пунктирными линиями (по Antczak A. J. et al., 2006).
Следовательно, конформационная структуратипаIg-fold берет свое начало еще в эпоху протоклеточных образований, когда каждый домен гистонового белка образовывался в результате ретротранспозиционной активности первых ретроэлементов. Сформировавшиеся на основе структур типа Ig-fold гидрофобные белки оказались востребованными эволюцией как строительный материал многоклеточности. Посредством дупликаций и перестановок генов, кодирующих Ig-fold, сформировалось суперсемейство иммуноглобулинов.
Сегодня к этому семейству относятся молекулы Т-клеточного антигенраспознающего комплекса, молекулы I и II классов МНС, корецепторы Т-клеток CD4 и CD8, однодоменные белки — Thy-1, b2-м, Р0, различные адгезины и рецепторные молекулы, способствующие контактному взаимодействию иммунокомпетентных клеток или адсорбции различных классов иммуноглобулинов на клеточной поверхности. На лимфоидных клетках одна треть поверхностных молекул — это члены суперсемейства иммуноглобулинов (Галактионов В. Г., 2005).
Наиболее древними в этом суперсемействе являются белки Р0 и Thy-1, так как они представляют собой однодоменные белки, не связанные на клеточной поверхности с какими-либо другими. При этом ген, контролирующий синтез Р0, имеет в средней части интрон. Данное обстоятельство, по мнению В. Г. Галактионова (2005), позволяет предположить его происхождение от гена для полудоменного пептида, составляющего один из бета-структурных слоев в современных доменах IgSF. В результате тандемной дупликации гена для наиболее раннего полудоменного предшественника сформировался Р0-подобный белок. Прошедшая делеция интронной части гена Р0 обеспечила возникновение гена-предшественника для антигена Thy-1. Это событие произошло не менее 2 млрд лет назад. Полипептиды, серологически родственные белку Thy-1 млекопитающих, обнаружены у одноклеточных эукариот и прокариот, дождевых червей, головоногих и брюхоногих моллюсков, рептилий, рыб, птиц. О генной организации и распространенности других членов Ig-SF можно прочитать в книге В. Г. Галактионова (2005), мы же пока остановимся на антигене Thy-1. Его функциональное предназначение точно не определено. Крайне раннее его появление в филогенезе связано с процессом возникновения многоклеточных организмов, когда он выступал в качестве одного из поверхностных молекулярных факторов межклеточной адгезии, используя механизм гомофильного межклеточного взаимодействия, т. е. контактного взаимодействия «своего» со «своим» (Barclay A. N., 1999).
Реликтовая иммунная система человека. В подглаве 2.1 («
Сравнительный анализ аминокислотных последовательностей млекопитающих и примитивных позвоночных показывает, что группы СХС и СС хемокинов разошлись от предкового гена еще до появления самих позвоночных (Najakshin A. M. et al., 1999) (рис. 38).
Суперсемейство хемокинов делится на подклассы (подсемейства) на основе расположения цистеиновых остатков, локализованных в N-терминальной области этих молекул. Подклассы обозначены как С, СС, СХС и СХХХС, где С означает количество цистеиновых остатков в N-терминальной области, а Х представляет количество лежащих между ними аминокислот. Подсемейство СХС разделяется иногда еще на типы ELR и non-ELR на основании присутствия или отсутствия последовательности из трех аминокислот (Глу-Лей-Арг), которая предшествует первому цистеиновому аминокислотному остатку первичной структуры этих хемокинов. Присутствие последовательности сообщает ангиогенную функцию этому типу хемокинов, тогда как ELR-отрицательные хемокины обнаруживают ангиостатические свойства. Все основные подсемейства хемокинов сформировались еще до появления позвоночных животных (Najakshin A. M. et al., 1999).
Рецептор | Лиганды | Экспрессия | Хромосома[13]
Подсемейство СХС
CXCR1 | IL-8, KC, MIP-2 GCP-2 | Нейтрофилы, моноциты, базофилы, тучные клетки, эндотелиальные клетки, Т-клетки, NК-клетки | 2 (Ч)
CXCR2 | IL-8, GRO-альфа, NAP-2, ENA-78 | Нейтрофилы, моноциты, базофилы, тучные клетки, эндотелиальные клетки, Т-клетки, NK-клетки, астроциты, нейроны | 2,1 (Ч,М)
CXCR3 | IP-10, MIG, I-TAC | Активированные клетки Th1 | Х (Ч,М)
CXCR4 (фузин) | SDF-1альфа | Миелоидные клетки, Т-клетки, В-клетки, эпителиальные клетки, эндотелиальные клетки, дендритные клетки | 2, 1 (Ч,М)
CXCR5 (BLR1) | BLC/BCA-1 | В-клетки | 11, 9 (Ч,М)
DARC (антиген | Duffy) | IL-8, GRO-альфа, RANTES, MCP-1, TARC | Эритроциты, эндотелиальные клетки, Т-клетки | 1 (Ч)
Подсемейство СС
CCR1 | MIP-1альфа, RANTES, MCP-3, MPIF-1, HCC-1 | Нейтрофилы, моноциты, тучные клетки, Т-клетки, В-клетки, клетки NK, астроциты, нейроны | 3,9 (Ч,М)
CCR2a, CCR2b | MCP-1, MCP-3, MCP-4 | Моноциты, Т-клетки, В-клетки, базофилы | 3,9 (Ч,М)
CCR4 | MDC, TARC | Базофилы, клетки NK, дендритные клетки, клетки Th1, клетки Th2 | 3,9 (Ч,М)
CCR3 | Эотаксин 1–3, RANTES, MCP-3, MCP-4 | Клетки Th2, эозинофилы, базофилы | 3,9 (Ч,М)
CCR5 | RANTES, MIP-1альфа, MIP-1бета | Моноциты, дендритные клетки, клетки Th1, эпителиальные клетки | 3,9 (Ч,М)
CCR6 | LARC/MIP-3альфа/Exodus | Лимфоциты, дендритные клетки | 6(Ч) | CCR7 | SLC/6Ckine/Exodus2/TCA4, | CКbeta-11/MIP-3beta/ELC | Т-клетки, В-клетки, моноциты, клетки NK, дендритные клетки | 17 (Ч)
CCR8 | 1309/mТCA3,TARC | Моноциты, клетки Th2, клетки гладкой мышцы, тимоциты | 3(Ч)
CCR9 | TECK,RANTES MIP-1альфа, | MIP-1бета | Тимоциты, дендритные клетки, активированные макрофаги | 3 (Ч)
CCR10 | CTACK/ILC | Т-клетки, фибробласты, меланоциты, клетки Лангерганса, плацентарные клетки, клетки печени | 3 (Ч)
Подсемейство XCR
ХCR (GPR5) | Лимфотактин | Т-клетки, В-клетки, клетки NK | 3 (Ч,М)
Подсемейство СХ3CR1
CX3CR1 (V28) | Fractalkine | Клетки NK, моноциты, Т-клетки | 3(Ч)
Хемокины оказывают действие на фагоцитирующие клетки единообразно — через рецепторы, связанные с гуанозиннуклеотидом-белком (guanosine nucleotide-protein-coupled receptor; GPCR). Подобно всем рецепторам, связанным с GPCR, рецепторы хемокинов имеют семь трансмембранных гидрофобных доменов с тремя внутриклеточными и тремя внеклеточными гидрофильными петлями. Потенциально
GPCR относятся к суперсемейству родственных рецепторов, участвующих в трансдукции широкого спектра внеклеточных сигнальных молекул, таких как гормоны, нейротрансмиттеры, цитокины (интерлейкины, факторы некроза опухоли и интерфероны — способны регулировать экспрессию хемокинов и наоборот), ароматизаторы, свет и др. Рецепторы хемокинов имеют длину от 320 до 380 аминокислот. Также как и сами хемокины, они обнаруживают значительную гомологию последовательностей. Всего их более тысячи, и их рассмотрение не входит в задачу этой работы (более подробно о рецепторах хемокинов см. у Chensue S. W., 2001).
Как «не по учебнику» в отношении некоторых бактерий и вирусов ведут себя мобилизованные хемокинами фагоцитирующие клетки позвоночных, мы уже кратко рассмотрели выше (см. подглаву 2.1). Но выбросы фагоцитирующими клетками хемокинов дают и другие эффекты, обычно не включаемые в однозначные схемы функционирования иммунной системы, предназначенные для студентов. Например, этиологический агент болезни Лайма,
Нет необходимости приводить такие наблюдения дальше. Их более чем достаточно, что бы усомниться в «разумном устройстве» (с точки зрения человека, конечно) организации нашей иммунной системы на уровне взаимодействия фагоцитирующих клеток между собой и с паразитическими микроорганизмами. Да и сами паразиты не могут «похвастать» целесообразным поведением в отношении макрофагов. Впрочем, эту иммунную систему специально никто и не создавал по какому-то заранее продуманному плану, предполагая, что ее основное предназначение состоит в элиминации патогенных микроорганизмов. Она случайно сложилась из клеток, первоначально предназначенных выполнять всего лишь роль «мусорщиков» у первых многоклеточных организмов (как, например, это делают блуждающие амебоциты у губок), но в ходе эволюции хордовых закрепилась за ними естественным отбором. В интересах дальнейшего изложения материала назовем ее
«Сборка» многоклеточных организмов. Архейская жизнь предполагала сложную систему отношений между одноклеточными организмами. Они «общались» между собой с помощью сигнальных молекул, известных нам сегодня под общими названиями хемокинов и лимфокинов. Их рецепторы воспринимали химические сигналы, поступавшие из окружающей среды, а белки трансдукции сигналов управляли клеточными функциями. Ни центральной нервной системы, ни «мыслительной деятельности» для существования таких организмов в течение сотен миллионов лет не требовалось. Но такого количества жизни, которое существовало в конце Архея и в Протерозое, на планете никогда больше не было, чему есть следующее подтверждение.
В 1990-е гг. на архипелаге Шпицберген открыта уникальная по полноте последовательность позднепротерозойских осадков, отлагавшихся в период с 850 до 600 млн лет назад. Исследовав эти осадки на предмет изотопного отношения 12C/13C, Э. Нолль (1996) установил, что на протяжении всего этого времени темпы захоронения органического углерода оставались самыми высокими за всю историю Земли (цит. по работе Еськова К. Ю., 2004). Несомненно то, что жизнь именно тогда пережила свой период количественного «расцвета».
И такая жизнь могла бы быть вполне самодостаточной, если бы в ее организацию не вмешивалась
Однако сложные многоклеточные формы жизни, как и миллиарды лет до этого (в нашем ощущении времени), все еще не закреплялись естественным отбором. Демону Дарвина не хватало механизма поддержания «многоклеточности», предполагающего соединение в единое целое «своих» и исключение «не своих» клеток. Этот механизм мог сформироваться на основе молекул специфической адгезии. Но для того чтобы такая «специфичность» появилась у поверхностных белков сотен разных клеток, формирующих целостный организм, естественный отбор должен был «перепробовать» миллионы вариантов адгезионных молекул. Выбирать же Демону Дарвина было пока не из чего, о чем свидетельствуют окаменелые останки так называемой эдиакарской фауны, сменившие хайнаньскую биоту 620–600 млн лет назад (более подробно о них см. в работе Иванцова А. Ю., 2001). Система вновь достигла равновесного, стабильного состояния.
Сприггина — по-видимому, кольчатый червь, начавший эволюционировать в сторону членистоногих (образовался головной щит, почти как у трилобита). «Существа» строятся за счет повторов кластеров генетической информации. Питаясь путем диффузии через поверхность тела, они не нуждались во внутренних органах; и, возможно, были не многоклеточными, а синцитиальными (многоядерными). Рисунок с сайта: http://www.macroevolution.narod.ru/_pediacara.htm.
Нельзя считать, что и та эволюционная игра ретроэлементов была неудачной. Эдикарская фауна существовала десятки миллионов лет и оставила след в геологических отложениях. Такие «стеганые одеяла» достигали до полутора метров в длину и, возможно, они до сих пор качались бы в морской толще, если бы не накопившаяся критическая масса ретроэлементов. Из них и благодаря им начал формироваться механизм генных перестановок, известный сегодня как V(D)J-рекомбинация. Этот процесс, как впрочем, и все остальное в эволюции, начался со случайности.
По данным, обобщенным В. Г. Галактионовым (2004, 2005), J. Klein и H. Nicjladis (2005), прародителем V-генов суперсемейства иммуноглобулинов (вариабельные области L- и H-цепей иммуноглобулинов — от их взаимодействия между собой зависит специфичность иммуноглобулиновых белков) был ген белка Thy-1. Он образовался не менее 2 млрд лет назад в результате дивергенции какого-то другого более древнего гена белка, послужившего прототипом V- и С-доменов (см. «
Но прежде чем возникло основное свойство Ig-SF — разнообразие специфического взаимодействия с высокомолекулярными структурами, должно было произойти другое важное эволюционное событие — фрагментация V-гена. Ждать его после появления гена белка Thy-1 пришлось всего 1,5 млрд лет. Главным «виновником» формирования современного Ig-SF оказался
Сначала многообразие таких структур увеличивалось за счет
Интродуцировавшиеся в геном первых позвоночных ретровирусные гены рекомбиназ RAG-1 и RAG-2 ускорили процесс реорганизации V-, D-, J-генных сегментов (см. «
Молекулы ГКГС, рецепторов Т- и В-клеток появляются в результате процессов, за которыми всегда стоят ретроэлементы — дупликации и рекомбинации общих (анцестральных) генов. В данном случае это были гены, кодирующие бета-структурные слои и альфа-спиральные положения Ig-fold.
С закреплением естественным отбором механизма V(D)J-рекомбинации, стало возрастать количество структур, способных к специфическому узнаванию «своего» (гомофильное узнавание) и «чужого» (гетерофильное узнавание). Дупликации и перестановки экзонов генов Ig-SF дали естественному отбору больше альтернатив в выборе конкурентоспособных многоклеточных структур. Эволюция живых существ теперь могла идти не только по пути наращивания структур, устроенных по одному образцу, но и по пути их дифференциации (табл. 10).
Молекулярная формула | Обозначение | Таксономическая группа | Взаимодействие с лигандом
V2 | Thy-1, Po | От одноклеточных до млекопитающих | Гомофильное
V2-V2 | RTK, SAM | Губки | Гомофильное
V2-V2 | DTRK | Насекомые | Гомофильное
V2-V2/C2 | NITR | Костистые рыбы | Гомофильное
V1-C1-C1-C1-C1-C1 | NAR | Хрящевые рыбы | Гетерофильное
(Vl-D-J-Cl)n | Ig, TKP | Хрящевые рыбы | Гетерофильное
Vln-Dn-Jn-Cln | Ig, TKP | Челюстноротые позвоночные | Гетерофильное
Осуществляющие функцию фагоцитоза симбионты-простейшие (выше их совокупность в пределах многоклеточного организма мы условились называть
Многоклеточность могла «работать» против ретровирусов, если бы она не закреплялась естественным отбором параллельно с системами репродукции и иммунитета. Этот механизм очень важно понять.
Среди простейших эукариотов ретровирусы передавались как вертикально при их делении (эндогенные ретровирусы и ретроэлементы), так и горизонтально (экзогенные ретровирусы путем взаимодействия с рецепторами на поверхности клеток или прямой передачей по филоподиям; см. подглаву 1.1). По мере усложнения многоклеточной жизни эти механизмы распространения ретровирусов должны были потерять свое значение по следующим причинам.
Оба этих явления, разумеется, имели место в ходе эволюции многоклеточных форм жизни постоянно, но они компенсировались горизонтальной передачей экзогенных ретровирусов и их последующей (а иногда и повторной) эндогенизацией (см. подглаву 1.2). А вот ответ на вопрос — почему естественный отбор закрепил горизонтальную передачу ретровирусов за многоклеточными, может быть следующим. Он не мог отобрать другие формы многоклеточной жизни — без ретровирусов они не «собрались» в единое целое и не размножались.
Показателен и сам механизм участия эндогенных ретровирусов в формировании плода. В плаценте оболочечные белки ретровирусов выполняют ту же роль белков слияния, что и при формировании протоклеточных образований в архее; и при переходе одноклеточных форм жизни в многоклеточные во времена так называемой эдиакарской фауны (см. рис. 39). Они экспрессируются в синцитиотрофобластном слое (syncytiotrophoblast layer), образованном посредством слияния мононуклеарных цитотрофобластов, и образуют участки синцития в тех участках плаценты, где начинается взаимодействие матери и плода (Dunlap K. et al., 2006). Уже эти данные свидетельствуют о том, что информация, определяющая целостное развитие многоклеточного организма, хотя и содержится в зиготе, но только как некая потенция, которая не реализуется без участия ретровирусов матери.
Путь
Сами сперматозоиды к передаче экзогенных ретровирусов между особями вида Homo sapiens отношения не имеют. По данным A. J. Quayle et al. (1997), в 75 % исследованных им образцов спермы ВИЧ-серопозитивных людей ВИЧ были инфицированы Т-клетки, и в 38 % образцов — макрофаги. Но ими ни в одном эксперименте не была обнаружена ДНК ВИЧ в подвижных сперматозоидах. По данным же P. L. Vernazza et al. (1997), количество РНК ВИЧ крови коррелирует с количеством РНК ВИЧ семянной жидкости, т. е. по отношению к ВИЧ кровь и семянная жидкость являются «сообщающимися сосудами».
Система
Еще более надежно «подстраховывается» иммунной системой человека передача ВИЧ от матери к плоду. Его транспорт через синцитиотрофобластный слой осуществляется с помощью антител к gp120 и gp41 по обоим механизмам, объединенным под названием «феномен антителозависимого усиления инфекции» (см. Toth F. D. et al., 1994; и подглаву 3.2 «Феномен антителозависимого усиления инфекции»).
Третий акт творения — «кембрийский взрыв». Теперь, когда иммунная система первых позвоночных «научилась» поддерживать их целостную структуру и одновременно стала средой размножения ретровирусов,
Торможение эволюции. Разумеется, некоторые палеонтологи объясняют массовые вымирания видов (кризисы биоразнообразия) тектоническими катастрофами и климатическими изменениями, и, в частности похолоданием климата. При этом они как бы не замечают того, что эти «вымирания» растягивались на десятки миллионов лет. Продолжительность же ледниковых эр на Земле составляет не менее трети всего времени ее эволюции за последние 2,5 млрд лет. А если учесть длительные начальные фазы зарождения оледенения и его постепенной деградации, то эпохи оледенения займут почти столько же времени, сколько и теплые, безледные, условия. Интересно то, что великое оледенение Пермского периода (закончилось 270 млн лет назад) не привело к принципиальному изменению фауны (более подробно о ледниковых периодах в истории Земли см. в кн. Б. Джона с соавт., 1982).
Сегодня (Кайнозой) условия для существования жизни лучше, чем в конце Архея и в Протерозое, однако биологическое разнообразие на планете снижается. И тому должны быть более серьезные основания, чем деятельность человека, так как и ему самому она не дает идеальной адаптации к факторам внешней среды. За последние 30 тыс. лет из трех видов «мыслящих» приматов, вымерли два, но и они уже не отражали того многообразия «мыслящей жизни», которое породили среди приматов толчки ретровирусной эволюции 5–2 млн лет назад (см. подглаву 1.2 и и рис. 6).
Когда эволюционисты пишут о неадаптивных признаках или видах, то обычно подразумевается то, что их должен устранить естественный отбор и, естественно, немедленно. Но в эволюции «немедленно» может соответствовать геологическим периодам или даже эпохам. Поэтому палеонтологи только фиксируют выборку видов-долгожителей из общей массы когда-либо возникавших форм. Быстро эволюционирующие виды наряду с быстро вымирающими видами не оставляют заметных следов в истории биосферы (рис. 41).
А — Многообразие групп позвоночных с отсутствующими звеньями быстро вымерших видов (пунктирные линии). Б — кембрийская фауна; естественный отбор «экспериментирует» дупликациями генетического материала. В — Триас; ящер-стегозавр с «неадаптивными» метровыми позвонками, образующими гребень с натянутой перепонкой — естественный отбор «манипулирует» уже кластерами генов и дупликациями генетического материала, ящер же долго не задержался. Г — конец палеогена; каменные ступка и пестик, найденные в 1877 г. в породе, возраст которой насчитывает не менее 33 млн лет. Совсем не обязательно в этой находке видеть артефакт — в подглаве 1.2 приведены данные, показывающие, что активность мозга зависит от сценариев активности HERV-K и Alu-элементов. Предметы могли быть сделаны мыслящими существами палеогена, но не обязательно людьми. Интеллект — это не самый надежный адаптивный признак даже для человеческого общества. Для естественного отбора плоская голова может оказаться предпочтительней «мыслящей». Рисунки из книг Бэджента М., 2004; Яблокова А. В. и Юсуфова А. Г., 1998.
Если использовать терминологию, предложенную создателем неравновесной термодинамики И. Пригожиным (см., Пригожин И., Стенгерс И., 1986), то быстро эволюционирующие и быстро вымирающие виды можно назвать
Торможение маховика эволюции осуществлялось теми же разнонаправленными механизмами, какими он раскручивался, поменялся только их суммарный вектор. Ретровирусы, реплицирующиеся в цитоплазме клеток иммунной системы многоклеточных организмов, распространялись между особями половым путем, приводя к вымираниям те виды, где они не смогли пройти через процесс эндогенизации. Раскручивание маховика эволюции привело к переизбытку экзогенных ретровирусов, и, соответственно, к чрезмерному вымиранию молодых видов. Их эволюция обрывалась, биологическое разнообразие на планете сокращалось. Эндогенизировавшиеся ретровирусы увеличивали пластические возможности генома таксона и способствовали его эволюции по пути анагенеза или кладогенеза (см. подглаву 1.2). Однако и этот процесс оказался с «изнанкой».
Большое количество активных ретроэлементов способствовало избыточному синтезу обратной транскриптазы. Она транскрибировала случайным образом и с большим количеством ошибок (неправильные вставки оснований в растущей цепи кДНК с частотой от 1 на 1700 до 1 на 4000 оснований) уже не только ретровирусную РНК, но и другие клеточные РНК, обычно транскрибируемые РНК-полимеразой III. В результате активные транскрибируемые гены замещались псевдогенами, и эффективные метаболические процессы, лежащие в основе гигантизма триасовой жизни и великолепных форм юра, тормозились. На смену причудливым гигантам пришли «приглаженные» естественным отбором невзрачные мелкие особи с геномом, «забитым» псевдогенами (табл. 11).
Ген | Число генов | Число псевдогенов
ЧЕЛОВЕК
Аргинино-сукцинат синтетаза | 1 | 14
В-актин | 1 | 20
В-тубулин | 2 | 15–20
Cu/Zn супероксид-дисмутаза | 1 | 4
Цитохром С | 2 | 20–30
Дигидрофолат-редуктаза | 1 | 5
Немускульный тропомиозин | 1 | 3
Глицеральдегид-3-фосфат дегидрогеназа | 1 | 25
Фосфоглицерат-киназа | (ген и ретроген) | 2 | 1
Рибосомальный белок L32 | 1 | 20
Триозо-фосфат изомераза | 1 | 5–6
МЫШЬ
А-глобин | 2 | 1
Цитокератин эндо-А | 1 | 1
Глицеральдегид-3-фосфат дегидрогеназа | 1 | 200
Миозин (легкая цепь) | 1 | 1
Пропиомеланокортин | 1 | 1
Рибосомальный белок L7 | 1–2 | 20
Рибосомальный белок L30 | 1 | 15
Рибосомальный белок L32 | 1 | 16–20
КРЫСА
А-тубулин | 2 | 10–20
Цитохром С | 1 | 20-30
Введенное мною положение о
Гуморальная и клеточная иммунные системы. Простейшие — фагоцитирующие эндосимбионты многоклеточных образований не могли при дальнейшем усложнении многоклеточной жизни защитить ее от случайного проникновения отдельных прокариотов и одноклеточных эукариотов. Отработанные в течение миллиардов лет совместной эволюции механизмы лиганд-рецепторного узнавания между этими формами жизни продолжали действовать и в новых условиях. Благодаря им реликтовая иммунная система играла роль Троянского коня для многоклеточного организма (см. подглаву 2.2). Поэтому преимущество под давлением естественного отбора стали получать многоклеточные виды, у которых формировались взаимосвязанные системы по узнаванию и элиминации инфицированных фагоцитирующих клеток. У позвоночных они сложились еще в одну систему иммунитета, которую ученые условно делят на
Паразит (микоплазма, бактерия или вирус), попав в организм позвоночного животного, встречает там уже не только своих «старых знакомых» по архейской эре — фагоцитирующие клетки, но и нечто качественно иное — иммунную систему — т. е. комплекс взаимосвязанных реакций органов и тканей макроорганизма на такое проникновение. И если судить по работе Marketon M. et al. (2005), он «не узнает» клетки иммунной системы, эволюционировавшие уже в многоклеточных организмах. В селезенке мыши при экспериментальной чумной инфекции практически не поражаются Т- и В-клетки, составляющие там большинство. Зато «в полном составе» гибнут все фагоцитирующие клетки. «В упор не замечает» лимфоциты и возбудитель натуральной оспы (McFadden G., 2004).
Паразит, сумевший «незамеченным» проникнуть в фагоцитирующую клетку, становится слишком заметным иммунной системе, начав размножаться. Синтезирующиеся вирусные белки либо ЛПС бактерий образуют комплексы с поверхностными антигенами клетки (антигены гистосовместимости или трансплантационные антигены), а те распознаются Т-лимфоцитами. Активировавшиеся Т-лимфоциты связываются своими рецепторами с инфицированной фагоцитирующей клеткой и убивают ее посредством апоптоза и особых литических белков — перфоринов и цитолизинов, поэтому такое звено иммунитета называют
Микроорганизм, сумевший размножиться в макрофаге, в дальнейшем имеет дело с неизвестными ему из архейской жизни клонами узкоспециализированных В-лимфоцитов, запускающих синтез антител, специфичных к его поверхностным белкам. Сам по себе В-лимфоцит для такого паразита безвреден, но связанный антителом, синтезированным В-лимфоцитом, он легко становится «добычей» тех, кого привык использовать для собственного обитания, питания и размножения. Эту часть иммунных реакций (включая активизацию системы комплемента) исследователи традиционно относят к гуморальному иммунитету.
Общим для генетических систем, кодирующих антитела, рецепторы В- и Т-клеток и трансплантационные антигены является их сложная интрон-экзонная организация и выраженная полигенность. Репертуар антител ученые затрудняются определить, считая, что он «насчитывает миллионы специфичностей». Ни одна другая генетическая система организма не имеет такого количества аллельных форм определенного гена, как трансплантационные антигены. В систему входят около 400 генов, обнаружено 3,6 млн строительных блоков ДНК, общее число фенотипов HLA составляет около 20 млрд. Системы не дублируют друг друга по специфичности распознавания антигенов. Сложная интрон-экзонная организация генов — это обычный результат деятельности ретроэлементов (см. рис. 7, 13 и 15). Более подробно об эволюции иммунной системы позвоночных можно прочитать в работах Албертса Б. с совт., 1994; Ройта А. с соавт., 2000; Стила Э. с соавт., 2002; Галактионова В.Г., 2004, 2005; Clark R., Kupper T., 2005 и др. В следующей главе мы рассмотрим «ответы» иммунной системы на ретровирусы, которые подтверждают высказанное выше положение о причастности ретровирусов к созданию иммунной системы многоклеточных организмов вообще, и человека в частности. Но прежде чем перейти к столь непопулярной у разработчиков ВИЧ-вакцин теме, я хочу обратить внимание читателя на роль в инфекционных и эпидемических процессах, вызываемых ретровирусами, так называемых антиретровирусных систем (факторов) клеток.
Белки
Активационно-индуцируемая деаминаза (activation-induced deaminase, AID) также имеет древнее происхождение. Она функционирует в активированных В-клетках, где случайным образом редактирует дезоксицитизин (deoxycytidine) в дезоксиуридин (deoxyuridine) в локусах иммуноглобулиновых генов и является триггером активации процесса соматической гипермутации (somatic hypermutation, SHM) Ig-вариабельного региона генов, которые кодируют антиген-связывающие сайты. Если активность AID оказывается направленной на не Ig-гены, то это приводит к злокачественному перерождению В-клеток, но механизм, отвечающий за «нацеливание» SHM на Ig-гены, неизвестен (Ronai D. et al., 2005).
Ген APOBEC 3G (apolipoprotein B mRNA-editing enzyme, catalytic polypeptide-like 3G) кодирует белок, который упаковывается в ретровирусные частицы, где дезаминирует цитозин на урацил в минус цепи вирусной ДНК в процессе обратной транскрипции. В результате чего в плюс цепи кДНК гуанозин заменяется аденином, и репликация ВИЧ останавливается. Этот механизм распространяется только на ВИЧ, лишенные гена белка Vif (фактор инфекционности вируса), и не влияет на продукцию вируса с полноценным Vif. Ген APOBEC 3G функционирует одинаковым образом как в Т-клетках-хелперах, так и в макрофагах (Wahl S. et al., 2006).
Геном человека и других приматов кодирует, по крайней мере, пять, а возможно, и семь таких белков, сгруппированных в отдельный генный кластер на хромосоме 22. Любопытно то, что белки APOBEC3 всегда (!) неэффективны в отношении ретровирусов, обычно инфицирующих Т-хелперы и макрофаги данного вида, но, как правило, оказываются эффективными в отношении гетерологичных ретровирусов (Cullen B. G., 2006). Если отказаться от антропоцентрических надежд на то, что иммунная система человека предназначена для существования только его самого, то придется признать, что благодаря белкам APOBEC3 Т-хелперы и макрофаги устраняют мутантные формы ВИЧ, не способные распространяться по популяциям вида Homo sapiens. По своей сути этот странный механизм компенсирует ошибки в гене vif, допущенные обратной транскриптазой при синтезе ДНК на матрице РНК.
Эволюционное происхождение APOBEC неясно. Гомологи APOBEC2 обнаружены у костных рыб, но APOBEC3 у рыб и птиц не выявлено. Скорость несинонимичных замен у APOBEC3 приматов значительно выше синонимичных, что свидетельствует о постоянном селективном давлении на них (Cullen B., 2006). В этой связи посмотрим на эволюцию и организацию всего семейства APOBEC3 генов (рис. 42).
S. G. Conticello et al. (2005) считают такую организацию локуса APOBEC3 приматов следствием неправильного кроссовера и рекомбинации, характерных для ретровирусной активности. Во всяком случае, остатки ретровирусов с повторяющимися элементами (главным образом, LTR из ERV класса I) в сумме составляют до 19 % полного локуса APOBEC3 человека. Наиболее интенсивно они представлены в регионах, фланкирующих APOBEC3G и APOBEC3H. В пользу своей гипотезы S. G. Conticello et al. (2005) приводят тот факт, что псевдогены APOBEC3 на хромосоме 12 происходят от ретротранспозиционных актов.
В свете приведенных данных по элиминации Т-клетками дефектных ВИЧ, представление о том, что ВИЧ поражает Т-клетки для того, чтобы размножаться, будет упрощением проблемы необратимости ВИЧ-инфекции. Надо отнестись серьезно к возможности и того, что в эволюционном прошлом позвоночных ретровирусы «создали» APOBEC3 «под себя», и эти белки продолжают играть какую-то не совсем понятную для нас роль в их собственной эволюции, происходящей уже с нашим участием. В этом аспекте проблемы любопытны данные M. C. Mikl et al. (2005), не обнаруживших фенотипические отклонения у мышей с разрушенным геном белка APOBEC3. К тому же остается неясным фактор, оказывающий селективное давление на эти гены в течение миллионов лет.
TRIM5альфа. Антиретровирусный белковый комплекс, названный трехсоставным взаимодействующим мотивом 5альфа (tripartite interaction motif 5альфа, TRIM5альфа), идентифицирован M. Stremlau et al. (2004) в клетках обезьян-резусов, обладающих способностью ингибировать активность ВИЧ-1. Вскоре разные группы исследователей продемонстрировали, что антиретровирусные факторы, известные как Ref1 (human antiviral factor; антивирусный фактор людей) и Lv1 (simian factor; обезьяний фактор), являются вариантами TRIM5альфа, специфичными для отдельных видов млекопитающих (Towers G. J., 2007). TRIM5 (также известен как RBCC-домен; RBCC domain), включает RING-домен (RING domain), B-бокс 2-домен (B Box 2 domain; Box — в данном случае это научный сленг, речь идет об экзоне, на схеме обозначенном квадратом) и свернутое кольцо (coiled coil), благодаря которому этот комплекс получил такое странное название. RING является цинк-связывающим доменом, обычно вовлеченным в специфические белок-белковые взаимодействия. Многие RING-домены обладают Е3-убиквитинлигазной активностью (E3 ubiquitin ligase activity), т. е. способностью метить субстраты для протеаз, тем самым повышая специфичность их действия. Поэтому TRIM5 вызывает RING-зависимую аутоубиквитинилацию белков (auto-ubiquitinylation) — он вносит в молекулу оболочечного белка вируса сигналы протеолитической деградации. B-бокс существует в двух альтернативных вариантах — либо B-бокс 1, либо B-бокс 2. TRIM5 включает B-бокс 2. B-боксы имеют цинк-связывающий мотив и вовлечены в белок-белковые взаимодействия. Два типа В-боксов имеют различающиеся первичные последовательности, но в третичных структурах, образуемых RING, в их конформации особых отличий нет (Towers G. J., 2007).
мРНК TRIM5 подвергается многократному сплайсингу, образуя семейства изоформ, каждая из которых короче другой от С-конца. Наибольшая по длине изоформа, TRIM5альфа, кодирует C-терминальный B30.2-домен, взаимодействующий с вирусным капсидом и определяющий антивирусную активность TRIM5. Самые короткие изоформы, TRIM5гамма и TRIM5бета, не имеют B30.2-доменов и действуют как ограничители активности TRIM5альфа при сверхэкспрессии TRIM5. Если предположить, что короткие изоформы TRIM5 формируют гетеромультимеры посредством сворачивания кольца (via the coiled coil) и конкурируют за связывание с вирусом с B30.2-доменами, то можно также предположить и то, что антиретровирусная активность регулируется через сплайсинг РНК TRIM5. Кроме того, отдельный белок TRIM, обладающий антиретровирусной активностью, может блокироваться в результате воздействия на него других TRIM-белков. Например, экспрессия TRIM34 может уменьшить антиретровирусную активность TRIM5 через их гетеромультимеризацию (Zhang F. et al., 2006; Towers G. J., 2007).
TRIM5альфа является тримерным белком и взаимодействует с гексамерным капсидом вируса через пролиновые пептидные группы, находящиеся в cis-конформации. Он способен быстро «обвиться» вокруг капсида вируса перед его взаимодействием с протеасомой и внести «сигналы» для протеолиза посредством RING-зависимой аутоубиквитинилации (см. выше). Формирование комплекса «вирус-TRIM5альфа» блокирует этап «раздевания» вируса и перенос его нуклеиновой кислоты в ядро клетки. Инфекция блокируется еще до обратной транскрипции вирусной РНК. Исследование TRIM5альфа у близкородственных приматов показало, что различия между ними, определяющие антивирусную специфичность, обнаруживаются в участках B30.2-домена. Судя по высокому соотношению dN/dS, эти участки белка, соответствующие его поверхностным петлям, в ходе эволюции приматов подверглись позитивной селекции (Towers G. J., 2007).
Протеиновое семейство TRIM возникло в результате дупликации последовательности предкового гена, что характерно для активности ретроэлементов. Ген TRIM5 человека расположен на хромосоме 11 в пределах группы тесно связанных TRIM, включающих TRIM 5, 6, 34 и 22. Эти TRIM либо не имеют, либо имеют относительно слабую антиретровирусную активность против близких ретровирусов (ВИЧ-1, ВИЧ-2, SIVmac, EIAV и MLV). Трудно сказать, почему это происходит. Возможно, они имеют какую-то другую, альтернативную функцию, или они просто неактивны против этой «выборки» ретровирусов. Во всяком случае, TRIM 6, 22 и 34, непохожие на TRIM5, не имеют B30.2 доменов, что предполагает в эволюционном прошлом отсутствие на них того селективного давления, которому подвергался TRIM5 (Li X. et al., 2007).
Взаимодействие между ВИЧ-1 и TRIM5альфа в клетках приматов Старого Света возможно благодаря циклофилину А (сyclophilin A, CypA). CypA — пептидилпролилизомераза (peptidyl prolyl isomerase), выполняющая цис/транс-изомеризацию (сis/trans isomerisation) пролиновых пептидных групп (proline peptide bonds) белков. CypA взаимодействует с молекулами gag лентивируса в инфицированных клетках, приводя их к рекрутингу в «нарождающиеся» вирионы (Thali M. et al., 1994). CypA также взаимодействует с проникшим в клетку кором ВИЧ-1. И такое взаимодействие более важно для поддержания инфекционности вируса, чем взаимодействие циклофелина с «собирающимся» кором (Towers G. J. et al., 2003). CypA выполняет cis/trans-изомеризацию пептидных групп G89-P90 на наружной поверхности капсида ВИЧ. Эта активность пополняет cis-конформацию капсида и вовлекает капсид в рестрицирующийся комплекс с TRIM5альфа. Если активность CypA в клетке-мишени снижена, то TRIM5альфа не может взаимодействовать с капсидом, по большей части находящимся в trans-конформации (Towers G. J., 2007).
Тот факт, что гены TRIM 10, 15, 26, 27, 31, 38, 39 и 40 ассоциированы с главным комплексом гистосовместимости на хромосоме 6 и во время гриппозной инфекции их экспрессия усиливается, позволяет предположить возможность их участия в работе системы гуморального и клеточного иммунитета (Nisole S. et al., 2005). Однако активность CypA не связана с активностью TRIM5альфа. Поэтому Z. Keckesova et al. (2005) считают антиретровирусную активность TRIM5альфа не зависящей от реакций иммунной системы человека.
Оба известных антиретровирусных фактора, TRIM5альфа в комплексе с CypA и APOBEC3, защищают клетки только от «чужеродных» для них ретровирусов. В отношении же «своих» ретровирусов они являются фильтрами, гарантирующими виду, что другие экзогенные ретровирусы не могут составить им конкуренцию. Для вида Homo sapiens антиретровирусные факторы TRIM5альфа и APOBEC3 являются гарантами успешности его инфицирования ВИЧ-1. С антропоцентрической точки зрения их существование с такой функцией бессмысленно. Однако если посмотреть на распространение ретровирусов в эволюционном аспекте проблемы, то смысл в поддержании естественным отбором TRIM5альфа и APOBEC3 все же есть. Они обеспечивают условия для эндогенизации в зародышевую линию хозяина экзогенных ретровирусов, что происходит в ходе процесса, который мы понимаем как пандемический. Чем более масштабный характер принимает пандемия, тем больше генетическое разнообразие как самих ретровирусов, так и взаимодействующих с ними хозяев. Эндогенизация происходит случайно, но это такая же случайность, как и выстрел из револьвера при игре в «русскую рулетку», когда заполнение патронами барабана и нажатие на курок происходят со все возрастающей скоростью.
Эволюционное прошлое иммунной системы многоклеточных организмов свидетельствует о закреплении за ней естественным отбором резервуарной роли по отношению к ретровирусам. Поэтому можно утверждать, что эволюционный процесс среди многоклеточных организмов (по крайней мере, из царства животных) реализуется через клетки, которые мы относим к иммунной системе. В нашем восприятии времени мы видим только одну их функцию — защиту организма от антигенно-чужеродных веществ. Но благодаря клеткам иммунной системы происходит размножение и накопление экзогенных ретровирусов до какой-то критической массы, которая позволяет некоторым из них эндогенизироваться в зародышевой линии отдельных особей инфицированного вида, и в дальнейшем передаваться вертикально, меняя его эволюционную траекторию по механизму аллопатрического или симпатрического видообразования. ВИЧ/СПИД-пандемия среди вида Homo sapiens — частное проявление этого процесса в эволюции таксона приматов.
ГЛАВА 3
ИНФЕКЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Существуют разные определения инфекционного процесса, от обтекаемо-универсальных, типа: «Инфекционный процесс — процесс взаимодействия организмов возбудителя и хозяина (человека, животного), проявляющийся клинически выраженным заболеванием или носительством» (Черкасский Б. Л., 2001); до более конкретных, например: «Под инфекционным процессом понимается совокупность патологических изменений в организме, возникающих под воздействием патогенных микроорганизмов в определенных условиях внешней среды и при наличии защитных реакций организма на это воздействие» (Гавришева Н. А., Антонова Т. В., 1999). Предположим, что они оба правильны, и наша задача сводится только к установлению частности — что же тогда инфекционная болезнь? При некотором различии в определениях авторы соглашаются друг с другом в том, что «инфекционная болезнь чаще всего протекает циклически, ее развитие проходит через ряд периодов: инкубационный, продромальный, нарастания симптомов, разгара болезни, угасания клинических проявлений болезни, выздоровления (реконвалесценции)». Но эта схема не соблюдается для инфекционного процесса, вызванного ВИЧ. И чтобы понять, почему это происходит, нам нужно сравнить этот инфекционный процесс с тем, который наиболее укладывается в схему, приведенную вышеуказанными авторами. Наиболее близким к нему и показательным будет инфекционный процесс, вызванный ВНО и другими ортопоксвирусами.
3.1. Циклические инфекционные (моно)процессы
ВНО легко обнаруживается иммунной системой человека. Он индуцирует полный спектр клеточно-опосредованных и гуморальных иммунных ответных реакций. Заболевший начинает активно выделять вирус в первую неделю от начала болезни, когда происходит вскрытие оспенных элементов на слизистой ротовой полости, зева и глотки. Количество же антител, нейтрализующих инфекционность вируса, достигает своего максимума между 12 и 15 днями болезни. Но уже на 10-е сутки болезни заразность больного для окружающих резко снижается. Через 4 недели от начала болезни вирус уже невозможно выделить из отделяемого носоглотки и из мочи реконвалесцента. Выздоровление у заболевших людей полное (Маренникова С. С., Щелкунов С. Н., 1998). Таким образом, во взаимоотношениях ВНО с организмом человека просматривается определенная стратегия паразитизма. Попробуем понять, из чего она складывается.
Генерализация поксвирусной инфекции. С 1940-х гг. наиболее адекватной моделью инфекционного процесса, вызываемого ВНО у человека, считается эктромелия мышей (Mark R. L. et al., 1991; Fenner F., 1948). Возбудитель болезни (Ectromelia virus, EV) относится к семейству Orthopoxvirus. Ортопоксвирусы консервативны. Они имеют более чем 90 % гомологии в центральном 100-Кд регионе генома (Esteban D. J., Buller R. M., 2005). Сходство патогенезов болезней, вызываемых ВНО и EV, включает быстрое размножение вируса при его низкой инфицирующей дозе, сходство цитокиновых ответов на вирус и сходные кожные поражения на последней стадии болезни, включающие орофарингеальную секрецию вируса, критическую для его трансмиссии (Chaudhri G. et al., 2006). Генерализация вируса эктромелии изучена в деталях (рис. 43).
Процесс генерализации возбудителя болезни осуществляется благодаря макрофагам. Вирус ведет себя как их паразит и быстро размножается. В отличие от ВИЧ (см. раздел 3.2) он не поддерживается в макрофагах в качестве эндосимбионта, а активно их разрушает, затем попадает в кровь, где может «встретиться» со специфическими антителами.
Первыми клетками, вступающими в контакт с поксвирусами, являются полиморфоядерные лейкоциты (макрофаги и моноциты). За счет градиента продуцируемых ими хемоаттрактантов они «притягивают» другие фагоцитирующие клетки и запускают каскад самых разнообразных реакций, которые «в сумме» рассматриваются учеными как «иммунные».
В составе макрофагов и моноцитов вирус достигает дренажных лимфатических узлов примерно через 8 час. Разрушившиеся фагоцитирующие клетки становятся источником вируса, а через 2–3 суток его обнаруживают уже в крови (первичная виремия), костном мозге, печени и селезенке. В пробах крови больного натуральной оспой в этот период можно обнаружить как инфицированные, так и неинфицированные лейкоциты, но в основном репликация ВНО происходит в моноцитах/макрофагах, тогда как
Считается, что в основе патогенеза поксвирусных инфекций лежит способность вирусов к интерференции с защитными иммунными механизмами макроорганизма (Stanford M. et al., 2007). По крайней мере, это так выглядит, если смотреть на процессы взаимодействия осповирусов со своими многоклеточными хозяевами с точки зрения, предполагающей их совместную эволюцию. Особое значение учеными придается антихемокиновой стратегии ортопоксвирусов, заключающейся в блокировании вирусными белками хемокиновой активности клеток иммунной системы хозяина. Но судя по древности хемокиновых белков, система взаимоотношений посредством сигнальных молекул между прокариотами (в том числе, вирусами) и эукариотами сложилась еще в архее, т. е. до образования многоклеточной жизни. Поэтому такая стратегия не оригинальна для ортопоксвирусов; применительно к фагоцитирующим клеткам она используется большинством ДНК-вирусов. Стратегия включает синтез инфицированными фагоцитирующими клетками вирусных гомологов хемокинов или хемокиновых рецепторов и других белков, связывающих хемокины, синтезируемые неинфицированными фагоцитирующими клетками (рис. 44; табл. 12).
А — экспрессия вирусных гомологов хемокинов, рецепторов хемокинов и хемокинсвязывающих белков; B — частный случай антихемокиновой стратегии — ингибирование миграции созревающих дендритных клеток (DC). Вирусные хемокинсвязывающие белки интерферируют с хемокинами CCL3 и CCL5. Несозревшие DC экспрессируют воспалительные хемокиновые рецепторы (CCR1, CXCR1) и мигрируют в инфицированные ткани в ответ на такие хемокины, как CCL3 и CCL5. Созревшие DC экспрессируют CCR7 и CXCR4 и мигрируют во вторичные лимфоидные органы в ответ на CCL19 и CXCL12, где они представляют антиген «наивным» T-клеткам. Цифровые обозначения: 1 — вирусный хемокин (антагонист); 2 — вирусный хемокин (агонист); 3 —хемокиновый рецептор; 4 — рецептор вирусного хемокина; 5 — сигнальная трансдукция и биологический эффект; 6 — клеточная миграция (Alcami A., 2007).
Иммуномодулирующее действие | Variola major[17] | Variola minor | Комментарии
IFN-альфа/бета ингибитор | B20R | D9R | Не проверено
IFN-гамма ингибитор | B9R | H9R | Ингибирование человеческого IFN-гамма
eIF2альфа мимикрия | C3L | D3L | Не проверено
dsRNA-BP | E3L | C3L | Не проверено
Ингибитор фактора некроза опухолей | G2R | G2R | Не проверено
Ингибитор NF- к B | P1L | P1L | Не проверено
TLR сигнальный ингибитор | A52R | A56R | Не проверено
IL-18-связывающий белок | D5L | B6L | Ингибитор человеческого IL-18
Хемокин-связывающие белки | G3R | A46L | G3R ингибирует у людей хемокины CC
Фактор роста вирусов | G3R | B3R | Связывает и активирует человеческий EGF-R (erbB1)
Ингибитор комплемента /SPICE | D12L | B18L | Ингибирует каскад комплемента у людей
GM — CSF/IL-2 ингибитор | A46R | A49L | Не проверено
Семафорин | A42R | A45R | Не проверено
Серпины | B13R, B25R, C2L | D14R, D2R | Не проверено
Поскольку функции хемокиновых рецепторов, посредством которых вирус взаимодействует с клеткой, различаются, то воздействие на них вирусными белками на уровне макроорганизма приводит к разным, и даже, противоположным эффектам. Это и истощение локальной хемокиновой активности; и индукция межклеточных сигналов, усиливающих вирусную репликацию; и стимуляция миграции инфицированных клеток, либо, наоборот, нейтрализация их способности к миграции. Но рассмотрение тонкостей антихемокиновых стратегий вирусов не входит в задачу данной работы (подробно с антихемокиновыми стратегиями ортопоксвирусов в организме млекопитающих можно ознакомиться по публикациям Stanford M. et al., 2007; Alcami A., 2007; Smith S. A., Kotwal G.J., 2002; Маренниковой С. С. и Щелкунова С. Н., 1998). Тем более что с ними нет полной ясности, свидетельствующей о том, что антихемокиновая стратегия ВНО в организме человека сформировалась в результате их коэволюции. Так G. McFadden (2004) обратил внимание исследователей на то, что маловирулентный ортопоксвирус, возбудитель оспоподобной болезни — аластрима (alastrim), мало уступает собственно ВНО по числу генов белков, ингибиторов иммунных ответных реакций макроорганизма (см. табл. 12). Поэтому он усомнился в правильности общепринятого понимания механизмов, благодаря которым ВНО вызывает смертельную болезнь.
В связи с его "сомнениями" выскажу и свое. ВНО имеет большое количество «выключенных» генов вирулентности. Особенно это бросается в глаза при сравнении его генома с геномами маловирулентных ортопоксвирусов, поражающих грызунов (см. в работе Маренниковой С. С., Щелкунова С. Н., 1998). Пока можно констатировать то, что только способность к паразитическому размножению в макрофагах имеет однозначное значение для оценки патогенности ортопоксвирусов. Например, LD50 вируса эктромелии с инактивированным геном р28, ответственным за его репликацию в фагоцитирующих клетках, увеличивается, по крайней мере, в 106 раз, а вирусная нагрузка в печени и селезенке дефектного штамма вируса в 1000 раз меньше, чем у исходного (Senkevich T. G. еt al, 1994). Недавно у белка, синтезируемого ВНО и способного связывать рецептор фактора некроза опухолей, обнаружили домен, инициирующий рекрутинг макрофагов к поверхности слизистых и кожи, в месте внедрения вируса (Alejo A. et al., 2006).
Инфицирование ВИЧ всегда кончается смертью больного, количество же смертельных исходов при натуральной оспе сильно варьирует во время разных эпидемий и в различных группах населения. Поэтому интерес представляют реакции макроорганизма на заведомо смертельные дозы ВНО. Патогенез натуральной оспы при инфицировании такими дозами вируса изучали Jahrling P.B. et al. (2004) на обезьянах. Общей реакцией макроорганизма на проникновение вируса является рост количества фагоцитирующих клеток — моноцитов, чем позже наступает пик лейкоцитоза, тем дольше живет инфицированное животное. ВНО высевается из моноцитов и смывов из носоглотки уже на вторые сутки после инфицирования, хотя еще его не удается выделить из плазмы.
Через 2–3 суток у инфицированных приматов уже можно наблюдать отчетливо выраженные кожные поражения (везикулы и пустулы). Количество кожных поражений зависит от инфицирующей дозы. Вирусная репликация в макрофагах сопровождается явлением, которое из-за его неблагоприятного исхода, назвали «цитокиновым штормом» («cytokine storm»). Оно проявляется каскадной активацией и выбросом инфицированными макрофагами значительных количеств различных лимфокинов (monocyte chemoattractant protein 1, macrophage inflammatory protein 1бета, IFN-гамма, IL-6 и др.) и развитием клиники токсемии и шока, приводящих больного к смерти (рис. 45).
А. общее количество белых клеток крови; Б. общее количество тромбоцитов; В. инфекционные титры вируса в смывах из гортани; Г. кожные поражения как функция дозы вируса (штамм India): 3 — 500 поражений; 2 — 50–500; 1–5–50 поражений; Д. концентрация IL-8 в пикограммах на мл (пкг/мл); Е. концентрация monocyte chemoattractant protein в пкг/мл; Ж. концентрация воспалительного белка макрофагов (macrophage inflammatory protein) в пкг/мл; З. среднее количество IFN-гамма в пкг/мл в сыворотке обезьян, инфицированных штаммами India 7124 и Harper (109 pfu). По Jahrling P.B. et al. (2004).
Через 2–3 суток после инфицирования ВНО у животных развивалась коагулопатия, проявившаяся геморрагическими высыпаниями в грудной и брюшной полостях и в передней камере глаза. Электронная микроскопия демонстрировала репликацию вируса в большинстве тканей внутренних органов обезьян и, особенно, в лимфатических узлах и селезенке. Фибриновые отложения и тромбы ассоциировались с выраженным размножением вируса в макрофагах. Т-лимфоцитозависимые области лимфоидной ткани обычно выглядели истощенными, тогда как макрофаги, моноциты, клетки эндотелия активно продуцировали вирус. Гибель Т-лимфоцитов происходила в результате неспецифического апоптоза (bystander apoptotic), инициированного инфицированными макрофагами. У единственного выжившего животного развился стерильный иммунитет.
Антигенная детерминанта поксвирусов. Основной антигенной детерминантой поксвирусов и мишенью для протективных антител является консервативный белок L1 (другое название L1R). У вируса вакцины, вируса оспы обезьян и ВНО этот белок различается отдельными аминокислотами. Антитела к L1 способны блокировать инвазию ортопоквирусов в клетки. Поэтому он рассматривается учеными в качестве кандидата на включение в перспективные противооспенные вакцины (рис. 46).
А. Две проекции белка на ленточной диаграмме. Фронтальный вид (верхнее изображение) показывает расположение спиралей на одной стороне молекулы, на другой стороне изображены параллельные бета-складки, сформированные непараллельными бетацепями, соединенными через петлю и тремя дисульфидными связями. Нижняя проекция показывает бета3, бета4 и альфа5, упакованные вблизи центра молекулы. Обозначены спирали (альфа1-альфа5), N-конец (N), и С-конец (С). Б. Вверху показан димер L1. Взаимодействие двух L1 молекул происходит через края бета-складок. Нижнее изображение показывает L1 со стороны бета-складок (темная область). L1 — это крупная консервативная белковая молекула-мономер с несколькими конформационными эпитопами, презентируется иммунным клеткам в виде димера (Su Hua-Poo, 2005).
По данным H. Su et al. (2005), L1 играет основную роль в «созревании» вирионов ортопоксвирусов. На заключительной стадии морфогенеза вируса образуются так называемые внутриклеточные созревающие вирионы (intracellular mature virions, IMVs), которые имеют липидные мембраны и представляют собой уже способные к инфекции формы вируса. Большинство IMV высвобождаются из фагоцитирующей клетки после ее лизиса. Некоторые из них могут транспортироваться через клеточную мембрану хозяина до лизиса клетки. После чего они остаются присоединенными к ее наружной поверхности или отделяются от нее уже как внеклеточный оболочечный вирус (extracellular enveloped virus, EEV). Главную роль в передаче вируса от одного хозяина к другому играет его IMV-форма. L1 представляет собой миристиолированный оболочечный белок (myristoylated envelope protein), состоящий из 250 аминокислотных остатков. Он экспрессируется на поверхности IMV-формы вируса. Его C-гидрофобный сегмент погружен в вирусную мембрану, но консервативная часть L1, включающая 185 аминокислотных остатков, локализуется в цитоплазме клетки-хозяина. В области N-конца белка формируется гидрофобная «каверна», необходимая для сборки вириона. После лизиса клетки этот эктодомен экспонируется Т- и В-клеткам иммунной системы, и вызывает сильный ответ с их стороны. Следовательно, ключевая роль белка L1 в морфогенезе вируса предопределяет его консервативность как антигена. Поэтому другого варианта поддержания в популяциях позвоночных организмов, кроме зависящей от многих случайностей эстафетной смены хозяина, у ортопоксвирусов нет.
Иммунные ответы. ВНО и другие ортопоксвирусы представляют собой очень благодарный для иммунолога объект исследования, так как иммунные реакции на них у позвоночных организмов всегда укладываются в представления об иммунитете и инфекции, сложившиеся еще в начале ХХ столетия. В таких исследованиях иммунологу открывается обширное поле деятельности по детализации прописных истин из старых учебников, поэтому я не буду повторяться. Отмечу лишь некоторые уточнения, появившиеся в последние годы на волне успехов трансгенной инженерии и имеющие отношение к цели данной работы.
По данным R. Xu et al. (2004), для освобождения организма от вируса вакцины необходимо участие в иммунных ответах
Истощение
По данным G. Chaudhri et al. (2006), именно B-клетки играют ключевую роль в освобождении организма мыши от вируса эктромелии. При дефиците В-клеток и при наличии CD8 T-клеточных ответов животные неизбежно погибают от прогрессирующей инфекции. Любопытно то, что в их опытах введение животным, дефицитным по В-клеткам, «наивных» B-клеток или специфической к вирусу эктромелии сыворотки, позволяло добиться стерильного иммунитета.
Информацию о важной роли гуморального звена иммунитета в противодействии ВНО можно найти и в старых работах. По данным A. Downie et al. (1958), геморрагическая форма натуральной оспы с летальным исходом развивалась при отсутствии у заболевшего нейтрализующих антител после предшествующей вакцинации. У таких больных развивалась выраженная виремия, вирус в высоких титрах обнаруживали в фарингеальном тракте.
Полученные на трансгенных животных данные свидетельствуют в пользу того, что ортопоксвирусные инфекции не контролируются реликтовой системой иммунитета. Уничтожение таких вирусов осуществляется сложившейся уже в позвоночных организмах системой гуморального и клеточного иммунитета с преимущественной ролью В-лимфоцитов. Благодаря хорошей «заметности» и ранней презентации Т- и В-клеткам антигенов ортопоксвирусов, одновременно являющихся критическими для их морфогенеза, специфические антитела обладают выраженным протективным действием.
Трансмиссионный потенциал ВНО. Способность ВНО передаваться от человека к человеку в иммунокомпетентных популяциях, весьма ограничена. По данным V. Bhatnagar et al. (2006), обобщивших статистическую информацию по 51 вспышке «завозной» натуральной оспы, зарегистрированной в Европе и Северной Америке в период после 1945 г., в среднем каждая такая вспышка ограничивалась четырьмя случаями болезни с одним летальным исходом. Количество передач (генераций) ВНО от заболевшего человека к здоровому, редко превышало 3; а 30 % заносных вспышек вообще не сопровождалась передачами ВНО от человека к человеку. Такую неспособность оспы к быстрому распространению в популяциях людей нельзя объяснить только предварительными массовыми вакцинациями. Например, вспышка натуральной оспы среди невакцинированного населения Abakaliki (Нигерия) в 1967 г. ограничилась всего 31 случаем болезни (Eichner M., Dietz K., 2003). В свете этих данных невозможно понять, каким образом жестокая пандемия натуральной оспы 1870–1874 гг. вспыхнула практически одновременно на нескольких континентах, если не предполагать наличие первичного природного резервуара для ВНО среди простейших. В Европе натуральная оспа во время пандемии 1870–1874 гг. не «обращала внимания» даже на двукратную противооспенную вакцинацию населения отдельных городов (детали распространения натуральной оспы в ту пандемию см. в книге Бразоля Л. Е., 1875).
Продолжительность противооспенного иммунитета. Вакцинация обычно предупреждает заражение ВНО в течение, по меньшей мере, 10 лет. При развитии болезни ее симптомы у вакцинированных лиц менее выражены, чем у невакцинированных. Так как специфические антитела считаются первой линией обороны против вторжения возбудителей инфекционных болезней, их обычно выявляют для оценки иммунной защиты индивидуума. По данным Gallwitz S. et al. (2003), использовавших ферментативный иммуноанализ для поиска антител к вирусу вакцины у лиц, вакцинированных 30–60 лет назад, их можно обнаружить у 65 % обследуемых, вакцинированных однократно; и у 80 % обследуемых, вакцинированных два раза и более. Crotty S. et al. (2003) продемонстрировали присутствие у лиц, вакцинированных более 50 лет назад, специфических к вирусу вакцины В-клеток памяти. Количество таких клеток после вакцинации снижается в течение нескольких лет до уровня, представляющего примерно десятую часть от достигнутого максимума. Далее количество противооспенных антител (0,1 % от общего количества IgG+ B-клеток) не меняется практически на протяжении всей оставшейся жизни вакцинированного. Этим объясняется выраженная антительная реакция на противооспенную ревакцинацию. В опытах Frey S. E. et al. (2003) вакцинация ранее вакцинированных лиц давала очень хороший результат даже при десятикратном разведении вакцины.
В
На примере инфекционных процессов, вызванных ВНО и другими отопоксвирусами, мы видим, что до достижения гуморальной и клеточной иммунной системой определенного максимума реакции, строгий антропоноз (зооноз) должен сменить своего хозяина, чтобы сохраниться как биологический вид. В нашем восприятии времени ВНО меняет хозяина на 8–10 сутки от начала болезни. Эта же норма реакции определяет клинические проявления болезни, вызванной случайными для позвоночного хозяина паразитами фагоцитирующих клеток (возбудители чумы, туляремии, мелиоидоза, сибирской язвы; см. подглаву 2.2). Но их поддержание в природе не зависит от сохранения жизни такому хозяину. Отсюда низкие инфицирующие дозы, высокая смертность среди заболевших людей (животных) и попытки использования таких микроорганизмов в качестве агентов биологического оружия. Поэтому та патогенность (вирулентность) микроорганизма, которая характеризуется в нашем восприятии времени быстрым инкубационным периодом и непродолжительной болезнью, завершающейся либо гибелью организма, либо его выздоровлением, — это проявление определенной стратегии паразитизма микроорганизма в многоклеточном хозяине. Условно назовем ее
3.2. Нециклические инфекционные процессы
Изучение циклических инфекционных процессов, начавшееся в конце XIX столетия, сформировало определенные стереотипы мышления у эпидемиологов и инфекционистов. Основным является убеждение в том, что любой инфекционный процесс должен завершаться и оставлять хотя бы кратковременный иммунитет, т. е. невосприимчивость переболевшего организма к повторному инфицированию этим же микроорганизмом. И, на первый взгляд, вроде бы так оно и происходит в отношении ВИЧ-инфекции. Иммунная система распознает ВИЧ, циркулирующий в кровеносном русле, также легко, как и ВНО, об этом свидетельствуют клеточно-опосредованные и гуморальные иммунные ответные реакции. Однако торможения ВИЧ-инфекции не происходит.
Генерализация ВИЧ. В организм человека ВИЧ попадает как эволюционно сложившимися путями для передачи ретровирусов —
Другие принципиально важные отличия ВИЧ-инфекции от натуральной оспы включают участие в процессе генерализации ВИЧ клеток иммунной системы, отвечающих за Т- и В-клеточные ответы, ВИЧ-специфических антител и факторов, традиционно относимых учеными к системе врожденного иммунитета (innate immune system; см. ниже "
Первыми в контакт с ВИЧ вступают фагоцитирующие клетки. Они доставляют ВИЧ в лимфоидную ткань, где он инфицирует Т-хелперы (лимфоциты CD4). В воспаленных лимфоузлах повышается количество молекул межклеточной адгезии и сосудисто-клеточных адгезивных молекул, «привлекающих» в лимфатические узлы лимфоциты, циркулирующие в кровяном русле (также в основном Т-хелперы). «Взаимоотношения» ВИЧ с макрофагами более подробно будут рассмотрены в подглаве 3.3.
ВИЧ может инфицировать как быстро делящиеся клетки, так и клетки, подвергшиеся конечной дифференцировке, такие как макрофаги, и не делящиеся лимфоциты CD4. Когда ВИЧ проникает в покоящуюся CD4 T-клетку, он подвергается в ее цитоплазме обратной транскрипции, но преинтеграционный комплекс (preintegration complex, PIC) быстро деградирует и клетка «излечивается» от вируса. Это происходит в том случае, если клетка не будет предварительно активирована. В основном в клетке преобладает неактивная и лабильная форма ДНК ВИЧ, и только около 1 % всех покоящихся CD4 Т-клеток инфицированного индивидуума содержат интегрировавшуюся с ее геномом ДНК ВИЧ, т. е. провирус. Для того чтобы ВИЧ начал реплицироваться, CD4 T-клетки, несущие PIC, должны быть активированы. В этом случае PIC импортируется в ядро клетки, и жизненный цикл ВИЧ возобновляется. Клетка начинает продуцировать вирусное потомство (детали этого процесса см. в работе Roth M. J. et al., 1989). Благодаря наличию белка слияния gp41 вирус инициирует слияние инфицированных и неинфицированных Т-клеток и образование обширных синтициальных структур, сходных по своему строению с синцитиотрофобластным слоем участка плаценты, где начинается взаимодействие матери и плода; и с домногоклеточными формами жизни, называемыми эдиакарской фауной (см. подглаву 2.3).
Процесс обратной транскрипции сопровождается большим количеством ошибок. Все молекулы вирусной РНК реплицируют через ассиметричную транскрипцию с одной цепи, исключающую большинство корректирующих механизмов, характерных для репликации ДНК. В результате появляется большое количество разных вариантов вируса, что учеными воспринимается в качестве некой «уловки» вируса, не желающего, чтобы против него создали вакцину. Для ВИЧ этот феномен оборачивается тем, что большинство его частиц выходят из клетки дефектными, не способными к самостоятельной репликации. Однако блокирования инфекции не происходит по следующим причинам.
Дефектные вирусные геномы способны генерировать инфекционно компетентные вирусные частицы благодаря комплементации и/или рекомбинации с другими дефектными геномами, присутствующими в геноме инфицированных клеток во множестве копий провирусной ДНК. Между дефектными вирусными геномами возможны негенетические взаимодействия (nongenetic interactions), которые включают фенотипическое смешивание (phenotypic mixing), генотипическое смешивание (genotypic mixing), интерференцию (interference) и комплементацию (complementation). В саму вирусную частицу клеткой упаковываются два вирусных генома. Клетка, содержащая множество копий провирусной ДНК, может продуцировать вирусные частицы, содержащие РНК-геномы одной провирусной ДНК (гомотипичные вирионы) или РНК-геномы от разных провирусов (гетеротипичные вирионы). Эта модель предполагает генерацию рекомбинантов между ретровирусами, которые дают недефектную провирусную ДНК (Inoue M. et al., 1991).
Дефектный ВИЧ, попадая в межклеточное пространство, становится идеальным антигеном для активации CD4 T-клеток. Активированные CD4 Т-клетки начинают делиться и осуществляют клональную экспансию. В таком состоянии они становятся высокочувствительными к инфицированию экзогенными ВИЧ. В них же происходит устранение вирусов, дефектных по гену белка Vif (фактор инфекционности вируса) (см. подглаву 2.3 «
ВИЧ избирательно поражает именно специфичные к ВИЧ Т-хелперы. Такие клетки у инфицированных ВИЧ индивидуумов на всех стадиях болезни содержат больше ДНК ВИЧ, чем CD4+ T-клетки с другой специфичностью (Douek D. C. et al., 2002). Стерильного иммунитета, как при инфекции, вызванной ВНО, при ВИЧ-инфекции не наступает.
Высокая скорость мутаций при обратной транскрипции и высокая скорость репликации ВИЧ дают не только большое количество дефектных вирусов, но и генерируют большое количество их вариантов. Особенно этот процесс дает о себе знать после сероконверсии и перехода болезни в асимптоматическую стадию, и, что крайне важно еще осмыслить, он не носит случайный характер, так как в его осуществлении принимает активное участие Т- и В-клеточная составляющая иммунной системы человека.
R. Hankarra et al. (1999) у ВИЧ-инфицированных пациентов, так называемых умеренных прогрессоров (moderate progressors), в пределах асимптоматической стадии ВИЧ-инфекции выделяют три фазы
На
Клинические стадии ВИЧ-инфекции, динамика CD4+ и CD8+ T-клеток и нагрузки вирусной РНК в плазме. (b) Эволюция вирусных последовательностей в пределах асимптоматического периода ВИЧ-инфекции. Диаметры кругов приблизительно соответствуют разнообразию (diversity) вирусной популяции от сероконверсии (первый круг). Вертикальное смещение кругов показывает степень дивергенции вирусной популяции (divergence) от предкового штамма (founder strain). Затенения соответствуют пропорции вирусной популяции, представленной X4-генотипом. Вертикальные линии (начиная с левой стороны схемы) соответствуют: окончанию стадии острой инфекции; пику вирусного разнообразия; стабилизации дивергенции от предкового штамма; развитию СПИДа.(c) Характерные изменения вирусной эволюции во время асимптоматического периода ВИЧ-инфекции, разделенные на три фазы (см. в тексте).
К росту генетического разнообразия ВИЧ причастна иммунная система человека. По данным Zhang H. et al. (2005) увеличение генетического разнообразия вируса субтипа С у детей зависит от антител с широким нейтрализующим действием. Чем выше титр таких антител, тем больше на данный момент времени вирусы различаются между собой (об антителах с широким нейтрализующим действием при ВИЧ-инфекции см. ниже).
Макрофаготропные варианты ВИЧ (M-tropic или R5) предпочтительно нацеливаются на CC-хемокиновый корецептор 5 (CCR5) — экспрессирующих клеток. Т-тропные варианты ВИЧ (T-tropic или X4) используют для проникновения в клетку CXC-хемокиновый корецептор 4 (CXCR4). Бывают варианты вируса с двойной тропностью (dual-tropic isolates). Вне контекста представлений о роли ретровирусов в эволюции клеточных форм жизни (см.
Присмотримся к X4-вариантам ВИЧ, появляющимся вполне закономерно в период ранней и в начале промежуточной фазы дивергенции (роста разнообразия) ВИЧ (см. рис. 47). CXCR4-корецептор (см. табл. 9) представлен на миелоидных клетках, Т- и В-клетках, макрофагах, эпителиальных, эндотелиальных и дендритных клетках (Bleul C. et al., 1997; Chensue S. W., 2001; Белоцкий С. М., Авталион З. З., 2006). Наиболее опасны такие варианты вируса для Т-клеток. Элиминация Т-тропными ВИЧ Т-клеток-хелперов облегчает существование ВИЧ-инфицированных макрофагов, и, соответственно, самого ВИЧ, так как Т-клетки-хелперы выступают в роли организаторов многосторонних процессов, направленных на уничтожение инфицированных макрофагов. В этом положении нет противоречий с тем фактом, что в Т-клетках происходит устранение ВИЧ, дефектных по гену белка Vif (см. подглаву 2.3. «
Следовательно, мы вновь сталкиваемся с событиями, начавшимися еще в Архее — с поддержанием ретровирусов одноклеточными формами жизни (см. ниже «
В начале поздней фазы дивергенции (роста разнообразия) количество X4-вариантов ВИЧ начинает снижаться. Эта фаза проявляется нарушением гомеостаза Т-клеток. Количество CD4+ T-клеток снижается до уровня <200 клеток/мм3, появляются симптомы выраженного поражения клеточной системы иммунитета, болезнь переходит в стадию СПИДа. Теперь разнообразие вариантов вируса идет на убыль, так как иммунная система истощена и уже не способна раскручивать маховик его эволюции.
Трансмиссионный потенциал ВИЧ. Трансмиссионный потенциал ВИЧ трудно сопоставить с трансмиссионным потенциалом ВНО в конкретных цифрах лиц, инфицированных от одного ВИЧ-положительного пациента, как это сделано в предыдущей подглаве для ВНО. Инфекционный и эпидемический процессы при ВИЧ-инфекции носят нециклический характер и фактически необратимы (эпидемический процесс для микроорганизмов, использующих стратегию паразитизма второго типа — см.
Вирусная нагрузка при ВИЧ-инфекции характеризуется растянутой U-образной кривой (см. рис. 47). Наибольшая она в начале инфекции, когда ВИЧ размножается только за счет ресурсов реликтовой иммунной системы и вне контроля со стороны Т- и В-составляющей иммунной системы человека. В этот короткий период вирусная нагрузка мало различается у ВИЧ-инфицированных пациентов, их трансмиссионный потенциал (т. е. способность передавать вирус половым партнерам) максимален (Fraser C. et al., 2007). В отсутствие антиретровирусной терапии, через несколько месяцев, виремия достигает постоянного уровня (стадия асимптоматической инфекции) — который сильно различается от больного к больному (Ледерман М. С. соавт., 2004). Но с появлением X4-вариантов ВИЧ количество вирусных частиц в крови начинает медленно расти. Вирус появляется во все новых и новых клетках и тканях (макрофаги, почки, костный мозг и др.), трансмиссионный потенциал ВИЧ-инфицированного пациента вновь растет.
Весьма любопытен результат контроля над ВИЧ со стороны Т- и В-составляющей иммунной системы человека. На первый взгляд кажется, что иммунная система просто не выдерживает неравной борьбы с вирусом. И хотя ясно, что пациенты с большей вирусной нагрузкой более инфекционны, чем пациенты с низкой, и прогноз течения их болезни хуже, тем не менее не они обладают наибольшим трансмиссионным потенциалом. По данным C. Fraser et al. (2007), вирусная нагрузка, проявляющаяся максимальным трансмиссионным потенциалом, соответствует 4.52 log10 копий вируса на мл крови, что составляет среднюю величину от максимально возможной. Индивидуумы с высокой вирусной нагрузкой в действительности бывают способными к эффективной передаче вируса лишь короткое время, с низкой — не обладают такой способностью. И только у лиц с промежуточной вирусной нагрузкой вклад в поддержание эпидемических цепочек наиболее значителен, так это связано с длительным периодом асимптоматического течения инфекции. Получается, что контроль со стороны Т- и В-составляющей иммунной системы человека направлен на максимальное распространение ВИЧ среди людей.
Нарушения иммунной системы при ВИЧ-инфекции. Кратко они обобщены в табл. 13.
Иммунная система | Нарушения
Реликтовая иммунная система
Антигенпредставляющие клетки (моноциты и дендритные клетки) | Сниженная стимуляция пролиферации Т-лимфоцитов после презентации антигена
— "- | Снижение экспрессии молекул HLA-DR
— "- | Нарушение синтеза цитокинов
Фагоциты | Снижение разрушения старых эритроцитов в селезенке
— "- | Снижение экспрессии Fc-рецепторов
— "- | Снижение способности к хемотаксису
— "- | Снижение способности к уничтожению фагоцитированных возбудителей |
— "- Снижение продукции кислородных радикалов
Нейтрофилы | Нейтропения
— "- | Сниженная или повышенная способность к хемотаксису
— "- | Снижение антистафилококковой активности
— "- | Снижение или повышение фагоцитоза
— "- | Изменение соотношения рецепторов и молекул адгезии на клеточной мембране
Система клеточного иммунитета
Т-лимфоциты | Снижение абсолютного числа лимфоцитов CD4 (Т-хелперов)
— "- | Повышение относительного содержания лимфоцитов CD8 (цитотоксических Т-лимфоцитов и Т-супрессоров)
— "- | Снижение соотношения T-хелперов (CD4) и T-супрессоров (CD8)
— "- | Снижение числа девственных лимфоцитов (лимфоцитов CD45RA/CD62L)
— "- | Повышение относительного содержания клеток памяти (лимфоцитов CD45RO)
— "- | Повышение относительного содержания лимфоцитов CD8 со сниженной способностью к пролиферации (фенотип CD28 — CD95 +)
— "- | Повышение числа активированных лимфоцитов CD8 (лимфоциты с фенотипом CD38/HLA-DR)
— "- | Снижение пролиферации лимфоцитов в ответ на стимуляцию антигенами и митогенами
— "- | Нарушение синтеза цитокинов (см. ниже)
NK-клетки | Снижение числа NK-клеток (фенотип CD16/CD56)
— "- | Снижение цитотоксической активности NK-клеток
Система гуморального иммунитета
B-лимфоциты | Снижение числа плазматических клеток (CD23/CD62L; CD21^)
— "- | Поликлональная активация B-лимфоцитов
— "- | Нарастание спонтанной секреции иммуноглобулинов B-лимфоцитами
— "- | Снижение секреции иммуноглобулинов B-лимфоцитами после стимуляции
— "- | Нарастание уровней IgG, IgA, IgM
— "- | Снижение синтеза специфических антител
— "- | Снижение синтеза антител в ответ на вакцинацию против гепатита B, Haemophilus influenzae типа B, кори, гриппа
— "- | Снижение титра уже имевшихся антител против дифтерии, столбняка, кори и Candida spp.
Цитокины | Снижение продукции ИЛ-2, интерферона гамма
— "- | Снижение продукции ИЛ-12
— "- | Снижение продукции интерферона альфа
— "- | Нарастание продукции ИЛ- 1бета, ИЛ-6 и фактора некроза опухолей альфа
— "- | Нарастание продукции ИЛ-10, трансформирующего фактора роста бета
Эта сводка отражает только сложность взаимодействия ВИЧ с клетками иммунной системы человека, и не более того. Перечисленные «нарушения» имеют разную природу и растянуты во времени на весь период болезни. Подробно о них можно прочитать в обстоятельных работах J. E. Bovis, K. James, 1992; Лысенко А. Я. с соавт., 1996; K. T. Copeland, Heeney, 1996; Е. Н. Шуваловой с соавт., 2001. Свою задачу я вижу в понимании их эволюционного смысла (см. ниже). Но сначала рассмотрим частный случай проявления ВИЧ-инфекции — образование «
Антигенные детерминанты ВИЧ. В-клеточные ответы на ВИЧ-инфекцию многообразны. У людей, инфицированных ВИЧ, обнаруживают антитела к его структурным (p17, p24, gp4l, gpl20) и регуляторным белкам (vif, nef, RT), а также аутоантитела. Основным изотипом синтезируемых антител является IgGI (более подробно см. у J. E. Bovis, K. James, 1992; и у Е. Н. Шуваловой с соавт., 2001). Основной антигенный раздражитель системы Т- и В-иммунитета, это, конечно, оболочечный шип (spike) ВИЧ. Он состоит из тримера гетеродимеров (trimer of heterodimers), сформированных двумя гликопротеинами, gp120 и gp41. Гликопротеин gp120 представляет собой высокогликозилированный белок, приблизительно половина массы которого составляют карбонгидраты, присоединенные к N-концу молекулы (Poignard P. et al., 2001). Анализ последовательностей различных изолятов ВИЧ позволил установить у gp120 вариабельные (V1-V5) и консервативные (С1-С5) регионы (рис. 48).
Оболочечные гликопротеины (gp120/gp41) изображены как тетрамерные олигомеры. Карбонгидратный комплекс, включающий преимущественно олигоманнозу, изображен в виде «облака» вокруг гликопротеина. Показано антитело (IgG), нейтрализующее ВИЧ. Оно не может взаимодействовать с gp120/gp41, потому что гликопротеин экранирован карбонгидратным комплексом. В то же время сайт связывания с рецептором CD4 Т-лимфоцитов остается открытым (Nara P. L. et al., 1991).
Гликопротеины имеют рецепторный сайт для CD4-молекулы, определяющей тропизм ВИЧ к CD4 Т-клеткам; и второй сайт, связывающий вирус с хемокиновыми корецепторами, обычно с CCR5 и CXCR4. Поверхность кора gp120 закрыта карбонгидратами, а большая часть оставшейся неэкранированной молекулы вовлечена во взаимодействие с gp41 или с другими единицами gp120 в трехмерном шипообразном выступе оболочки. Относительно консервативный сайт связывания с CD4 «заглублен» и трудно доступен для антител. Консервативный корецепторный сайт является наиболее недоступным для антител на мономерном gp120.
Роль gp120 в инфекционном процессе в основном заключается в связывании вируса с клетками-мишенями и обеспечении ему тесного соприкосновения с мембранами таких клеток. Трансмембранный белок gp41 играет ключевую роль на этой стадии взаимодействия вируса и клетки, так как он вызывает слияние вируса с мембраной клетки-мишени и доставляет генетический материал в ядро клетки. Этот белок относительно консервативен, но большая часть его поверхности скрыта от антител, распознающих шипообразные выступы оболочки (Zwick M. B. et al., 2004).
Вариабельные последовательности оболочки ВИЧ концентрируются в оболочечных петлях (V1 — V4), которые и являются главными целями для нейтрализующих антительных ответов иммунной системы человека.
В оболочку ВИЧ входят также несколько белков человека. Но их роль как антигенов, незначительна (более подробно об их участии в инфекционном процессе см. в подглаве 3.3).
Антитела с широким нейтрализующим действием. Здесь я сразу поясню, что в специальной литературе под ВИЧ-нейтрализующими антителами обычно понимаются те, которые
Длительные исследования В-клеточных ответов на ВИЧ показали, что у людей появляются антитела, нейтрализующие доминирующий вариант вируса, но как только их уровень достигает определенного порога, селекционируется вариант вируса, способный избегать их нейтрализующее действие (Burton D. R. et al., 2005). Скорость появления как ВИЧ-нейтрализующих антител, так и избегающих их вирусов сильно варьируют у разных лиц, однако сам цикл многократно повторяется на протяжении жизни ВИЧ-инфицированного и больного СПИДом (Frost S. et al., 2005).
Антитела, способные распознавать сразу несколько штаммов ВИЧ (антитела с широким нейтрализующим действием), появляются медленно и только у отдельных индивидуумов. Но так как их рассматривают уже в течение двух десятилетий в качестве средства для лечения и профилактики ВИЧ-инфекции, то локализация эпитопов на оболочке ВИЧ, вызывающих такие ответы, хорошо изучена (рис. 49).
Модель шипа оболочки вируса основана на структуре gp120 с тремя мономерами гликопротеина; gp41 показан на схеме в виде ножки из трех трубочек (Burton D. R. et al., 2005).
Антигенные свойства V3-домена gp120. Хотя он расположен в гипервариабельном регионе gp120 (т. е. с частыми аминокислотными заменами в первичной структуре этого участка молекулы), детальный аминокислотный анализ V3-домена сотен изолятов ВИЧ продемонстрировал его консервативность (LaRosa G. J. et al., 1990; Wolf T. F. et al., 1990). Домен играет важную роль в процессе проникновения ВИЧ в клетку. Корецепторы CCR5 и CXCR4 посредством V3-домена gp120 катализируют слияние вируса с мембраной клетки-мишени (Berger E.A. et al., 1999). Скорее всего, этим механизмом и поддерживается его «консервативность». Но с иммунологической точки зрения V3-домен оказался более сложным явлением, чем простой линейный эпитоп с такой же аминокислотной последовательностью. Изучение мутантов ВИЧ, избегающих нейтрализации антителами (neutralization escape mutants, NEN) в условиях in vitro, показало большое количество замен аминокислот молекулы gp120 как впереди, так и позади V3 (Wei X. et al., 2003). Исследование серийных изолятов ВИЧ-1 у людей и экспериментально инфицированных шимпанзе позволило выявить любопытную закономерность. Ранние NEN ВИЧ появлялись
P. Nara et al. (1990, 1991) предложили шарнирно-сгибающую модель V3-домена, объясняющую данные по дистанционной конформационной нестабильности V3-домена применительно к NEN, полученным от шимпанзе. R. A. McCaffrey et al. (2004) представили в виде схемы расположение у молекулы gp120 консервативных регионов (CI–C5) и вариабельных петель (V1-V5) (рис. 50).
Содержит эпитопы для штаммоспецифических нейтрализующих антител и определяет клеточный тропизм вируса. А. Трехосевая модель вращения и белкового фолдинга V3-домена, уменьшающих валентность его взаимодействия со специфическим антителом. V3-связывающий сайт показан штриховкой (Nara P. et al., 1991). Б. Схематическое расположение у молекулы gp120 консервативных регионов (CI–C5) и вариабельных петель (V1-V5) на примере последовательности штамма ВИЧ SF162. Показаны позиции и типы потенциальных N-связанных сайтов гликозилирования (символы снаружи цепи), треугольниками обозначены участки, по которым ледяная уксусная кислота (glacial acetic acid) расщепляет gp120 на три фрагмента (10, 35 и 74 kDa); стрелками снаружи V3-петли показаны аминокислоты, вовлеченные в корецепторное связывание, а звездочками обозначены аминокислоты, участвующие в связывании с CD4; кД — килодальтон (McCaffrey R.A. et al., 2004).
Подобный феномен нейтрализационной резистентности ранее был описан для близкородственных ВИЧ ретровирусов —
Позже было установлено, что конформационные эпитопы gp120 нарушаются и в результате изменений в первичной структуре gp41. Однако у таких мутантов ВИЧ оставались прежними способность связываться с рецепторами-мишенями и инфекционность (см. в работе V. Kalia et al., 2005).
Специфичность V3-сайта может изменяться с помощью энзиматического гидролиза поверхностными клеточными эктопептидазами (рис. 51).
V3-петля показана (слева) с известными на 1991 г. сайтами для нейтрализующих мАТ (9284; 05бета; 110,5) и сайтом, рассекаемым протеолитическими ферментами (Nara P. et al., 1991).
V3-домен рассекается клеточными эндопептидазами на два фрагмента — 70 и 50 kD и утрачивает способность связываться с V3-специфическими мАТ (Clements G. J. et al., 1991). Антигенные вариации функционально нейтрализуемых эпитопов могут изменять клеточный тропизм ВИЧ; его антигенные свойства и вирулентность. P. Nara et al. (1991) считают, что данный механизм лежит в основе способности ВИЧ приобретать тропность то к макрофагам, то к В- и Т-клеткам.
Первичный антигенный грех при ВИЧ-инфекции (original antigenic sin, OAS). Этот очень интересный иммунологический феномен почему-то не нашел должного освещения в отечественной научной литературе. Возможно, отсутствие интереса к нему со стороны специалистов связано с тем, что применительно к ВИЧ он «ставит крест» на любых попытках создать ВИЧ-вакцину. Возможно, он просто неинтересен ученым, привыкшим к пониманию иммунных реакций по их схематическому изображению в учебниках.
Суть феномена в следующем. В большинстве случаев антиген представляет собой несколько эпитопов, и поэтому он индуцирует синтез химически гетерогенных антител, различающихся своей специфичностью. Однако если клональность антигена ограничена, в его селекцию могут вмешиваться факторы хозяина. Отдельные карбонгидратные антигены, антигены со структурной и функциональной гомологией, индуцируют мало отличающиеся иммунные ответы (Briles D. E., Davie J. M., 1980). Но иммунная система позвоночного организма, иммунизированного одной такой антигенной детерминантой (первой) и позже экспонированная к другому антигену (второму), имеющему структурное сходство с первой детерминантой, отвечает не на вторую, а на первую. Этот феномен и называется «
Характеристики | gp 120 ВИЧ
Ограниченность антигенных эпитопов | Да
Большое количество карбонгидратов, экранирующих эпитопы; и/или ограниченные иммунодоминантные эпитопы | Да
Перекрестно-реактивные детерминанты у семейств малосвязанных патогенов | Да
Излишняя и олигомерная презентация эпитопов иммунной системе | Да
Незначительные различия в аминокислотных последовательностях или в форме антигена и гомологичных белков хозяина (генетическая рестрикция) | Да
Анамнестический ответ, наступающий вслед за введением гетерологичного антигена | Да
Рекуррентная инфекция или бустинг вирусами или антигенами, увеличивающие гуморальный иммунный ответ к первоначальному инфекционному агенту или антигену | Да
Пул длительно живущих клеток В-памяти | Да
Олигоклональный сывороточный профиль | Да
Преобладание клонально-производных В-клеток и популяций антител, специфичных для эпитопа |?
P. Nara et al. (1991) вышли на феномен OAS при ВИЧ-инфекции случайно. Первоначальной целью их экспериментов было расширение иммунного ответа на ВИЧ-вакцину на основе gp120 таким образом, чтобы нейтрализации антителами подвергались вирусы различного географического происхождения. Введя экспериментальным животным gp120, полученный из штамма ВИЧ-1 IIIB, они исследовали кинетику, напряженность и продолжительность штаммо-специфического иммунного ответа. Через 175 суток они начали вторую серию опытов по иммунизации животных gp120 штамма ВИЧ-1 RF, имеющего другое географическое происхождение. После примирующей иммунизации (7–14 суток) исследователи неожиданно для себя, так как они основывались «на представлениях о штаммоспецифическом гуморальном ответе на ВИЧ», обнаружили рост титров антител к gp120 штамма IIIB. Проведенный ими ретроспективный анализ научной литературы показал, что феномен OAS уже был описан для других ретровирусных инфекций, в частности, вызываемых вирусом висны у овец (Narayan O. et al., 1978) и вирусом инфекционной анемии у лошадей (Kono Y. et al., 1971). На основе собственных данных и данных, накопленных в научной литературе, они предложили следующую модель OAS-феномена при ВИЧ-инфекции у людей (рис. 52).
Заштрихованная область, обозначенная как V1 (не путать с названием антигенного домена), соответствует вирусной нагрузке, образовавшейся в результате первичной клональной экспансии инфицирующего вирусного генома. Тесно связанные с ним варианты, способные избегать нейтрализующие антитела, обозначены как V2. Индукция последующих антительных нейтрализующих ответов показана на нижних двух панелях. Нейтрализующие антитела появляются вследствие индукции V3-специфических клонов В-клеток, которые продолжают экспансию из-за перекрестной реактивации близкими вариантами вируса, т. е. V2 (Nara P. et al., 1991).
Эта модель объясняет крайнюю неэффективность гуморального ответа на ВИЧ, если, конечно, понимать термин «иммунный» буквально, как «защищенный от всех антигенно чужеродных веществ» (см., например, учебник В. Г. Галактионова, 2005).
P. Nara et al. (1991) получили любопытные данные по развитию ВИЧ-инфекции и гуморальных иммунных ответов у шимпанзе, уже иммунизированных вакциной на основе gp120 IIIB (рис. 53).
Верхняя панель (А) показывает динамику титров нейтрализующих антител на ВИЧ IIIB (круги, закрашенные черным цветом), RF (черные квадраты) и 6- и 16-недельные вирусные изоляты из лимфоцитов этих животных (круги с точкой в центре и круги без точек, соответственно). На нижней панели (Б) показаны иммунные ответы животных, предварительно иммунизированных gp120 IIIB. Символы те же, что и на А (Nara P. et al., 1991).
Они показывают следующее:
Комплемент. Антитела к ВИЧ синтезируются клонами В-клеток почти до самой смерти больного СПИДом. В-клетки, в отличие от Т-клеток, менее подвержены инфицированию ВИЧ. На первый взгляд их роль в инфекционном процессе пассивная: они всего лишь связывают вирусные частицы на своей поверхности посредством рецептора комплемента CD21 и тем самым играют роль внеклеточного резервуара ВИЧ. Да еще В-клетки синтезируют бесполезные антитела, которые вроде бы должны нейтрализовать ВИЧ, но из-за «коварства» последнего ("ВИЧ постоянно меняется") не могут выполнить это свое предназначение. Попробуем понять роль комплемента и антител к ВИЧ в вызванном им инфекционном процессе.
В соответствии с представлениями о роли иммунной системы в защите макроорганизма от патогенных микроорганизмов, сложившимися в начале ХХ столетия и до сегодняшнего дня кочующими из учебника в учебник, комплемент должен контролировать ВИЧ-инфекцию. Тем более что процесс развивается медленно, не сопровождается симптомами шока (как, например, это происходит при натуральной оспе или чуме). Но, как оказалось,
Феномен антителозависимого усиления инфекции (antibody-dependent enhancement, ADE; immune enhancement of disease) при ВИЧ-инфекции. Антитела — связующее звено приобретенного иммунитета с комплементом (классический путь активации комплемента). Для ВИЧ-инфекции их «связь» проявляется
Как правило, специалисты с медицинским образованием плохо знакомы с данным феноменом. Его описание не включается в учебники для медицинских ВУЗов. Поэтому здесь мы его рассмотрим более широко, чем это необходимо для понимания течения ВИЧ-инфекции.
Любой вирусный антиген содержит несколько эпитопов, и на каждый из них иммунная система может вырабатывать антитела. Поэтому сыворотка пациента с развившимся инфекционным процессом содержит
а) нейтрализующих возбудитель инфекционной болезни в присутствии комплемента;
б) нейтрализующих возбудитель инфекционной болезни без комплемента;
в) усиливающих инфекционный процесс посредством увеличения адгезии возбудителя инфекционной болезни к фагоцитирующим клеткам через FcR (для клеток, содержащих FcR; феномен FcR-ADE);
г) усиливающих инфекционный процесс FcR-независимым образом, однако зависимым от комплемента (и его рецептора; феномен C-ADE) — для клеток, содержащих рецепторы комплемента;
д) усиливающих активацию вирусных белков путем изменения их конформации;
е) супрессирующих антивирусные ответы клетки на транскрипционном уровне;
ж) оказывающих токсическое воздействие на клетку.
Репертуар этих антител варьирует в зависимости от вируса, состояния иммунной системы и стадии инфекционного процесса (Takada A., Kawaoka Y., 2003).
Для того чтобы антитело могло нейтрализовать вирус, оно должно блокировать ключевую функцию белка вирусной оболочки, например, связывание вируса с рецептором-мишенью, его способность к слиянию с клеткой и т. п. (рис. 54, А); либо вызвать его лизис или опсонизацию путем активации классического пути комплемента. Но когда конформация комплекса антитело-вирусный белок позволяет Fc-фрагментам антител взаимодействовать с Fc-рецептором, то антитела образуют мост между вирусом и Fc-рецептором на поверхности фагоцитирующей клетки, облегчая оболочечному вирусу взаимодействие со специфическим рецептором на ее поверхности (рис. 55, А и рис. 54, В). Безоболочечным вирусам (non-enveloped viruses), образовавшим комплекс с антителом, способным взаимодействовать с Fc-рецептором, специфические рецепторы на поверхности клетки-мишени не требуются (Takada A., Kawaoka Y., 2003).
А. Нейтрализация вируса специфическими антителами. Если большинство функциональных сайтов вирусных белков блокировано антителами (левая панель), то при высоких концентрациях антител проникновение вируса в клетку ингибируется независимо от типа антител (нижняя правая панель). Б. Повышение инфекционности вируса специфическими антителами. Когда Fc-фрагмент нейтрализующего антитела оказывается способным связываться с FcR или C1q (левая панель), антитела могут усиливать инфективность вируса (virus infectivity) в субнейтрализующих концентрациях, при которых свободные вирусные белки могут вызывать проникновение вируса в клетку (нижняя правая панель). При высоких концентрациях нейтрализующих антител, связывание вируса с клетками происходит посредством Fc-фрагмента нейтрализующего антитела. C1q — субъединица белка комплемента С1. В составе молекулы C1q имеется рецептор для связывания с Fc-фрагментом молекулы антитела (за основу взята схема Takada A., Kawaoka Y., 2003).
Подобным же образом С1 (компонент комплемента; его субъединица C1q имеет рецептор для связывания с Fc-фрагментом молекулы антитела) может связывать Fc-фрагмент антитела, инициируя классический путь активации комплемента, в результате чего активируется компонент комплемента С3, ковалентно (!) связывающийся или с антителом или с поверхностью вирусной частицы (рис. 55, В).
А. Взаимодействие между антителом и FcR.В. Фрагмент С3 комплемента (компонент комплемента, после присоединения которого весь этот комплекс приобретает способность прилипать к различным частицам и клеткам) и рецептор комплемента (complement receptor; CR) промотируют присоединение вируса к клетке. С. Белки комплемента С1q и С1qR промотируют присоединение вируса к клетке (в составе молекулы C1q имеется рецептор для связывания с Fc-фрагментом молекулы антитела).D. Антитела взаимодействуют с рецептор-связывающим сайтом вирусного белка и индуцируют его конформационные изменения, облегчающие слияние вируса с мембраной. Е. Вирусы, получившие возможность реплицироваться в данной клетке посредством ADE, супрессируют антивирусные ответы со стороны антивирусных генов клетки (по Takada A., Kawaoka Y., 2003).
Образовавшийся комплекс способен взаимодействовать с рецепторами комплемента на поверхности клетки посредством С3, усиливая взаимодействие вируса с клеткой. Альтернативно C1q-субъединица непосредственно может перекрестно связывать вирусный белок и C1q-рецепторы (C1qR) на поверхности фагоцитирующих клеток (см. рис. 55, С). Все перечисленные эффекты находятся в зависимости от концентрации антител (см. рис. 54).
Феномен ADE впервые описан R. A. Hawkes в 1964 г., обнаружившим повышение продукции различных флавивирусов (японского энцефалита, энцефалита долины Мюррей и др.) в клетках куриного эмбриона, впервые экспонированных к вирусам, находящимся в среде с низким содержанием специфических антител. Несколько лет эти данные считались исследователями артефактом, но потом они были многократно подтверждены в различных лабораториях (Porterfield J. S., 1986; Tirado S. M., Yoon K. S., 2003). Систематически феномен ADE изучается с 1980-х гг. Для ВИЧ он показан W. E. Robinson et al. (1988) и J. Homsy et al. (1989). На рис. 55 показаны возможные механизмы развития феномена ADE для вирусных инфекций.
Наиболее важным эпитопом оболочечного белка ВИЧ для развития C-ADE у ВИЧ-инфицированных людей является иммунодоминантный регион gp41. Развитие FcR-ADE происходит благодаря антителам к V3-петле gp120 (Fust G., 1997). У ВИЧ-инфицированных людей соблюдается определенная очередность проявления вариантов развития ADE. На ранней стадии инфекции феномен реализуется через V3-петлю gp120 (по типу FcR-ADE), по типу C-ADE феномен начинает проявляться перед клиническим прогрессированием ВИЧ-инфекции (Thomas H. I. et al., 1996).
G. Fust (1997) кратко суммировал клиническое
Любопытны исследования результатов вакцинации против вирусов, персистирование которых в организме человека или животного сопровождается феноменом ADE. В подробной сводке S. M. Tirado и K. S. Yoon (2003), обобщивших результаты вакцинации животных против вирусов Денге, респираторного синтициального вируса, вируса лейкоза кошачьих, вируса Алеутской болезни норок, отдельных лентивирусов, приводятся экспериментальные доказательства увеличения восприимчивости животных к инфицированию тем вирусом, против которого их иммунизировали.
Инфекционно-эволюционные качели. Исследование деталей инфекционного процесса, вызванного ВИЧ, позволяет установить еще один феномен. По данным А. Takeda et al. (1988), в условиях in vitro добавление к клеткам моноцитов сыворотки ВИЧ-инфицированных людей в субнейтрализующих концентрациях значительно усиливает репликацию вируса. Высокие же концентрации такой сыворотки показывают вируснейтрализующую активность. Следовательно, ВИЧ не удается «увильнуть» от специфических антител до того момента, когда под их давлением селекционируется вариант вируса, «избегающий» таких антител (см. «
Эволюционный смысл ВИЧ-инфекции. Разумеется, сами ретровирусы смысл в своих «действиях» не ищут; и данный процесс не направляется
Ответы иммунной системы человека на ВНО и ВИЧ эффективны, но прямо противоположны по содержанию. В отличие от ВНО, пролиферация ВИЧ не контролируется Т- и В-клеточной составляющей иммунной системы. Наоборот, иммунная система как бы отделяется от человека и помогает вирусу расширить свой ареал за счет фагоцитирующих клеток. Если рассматривать этот процесс в доступном нам ощущении времени, т. е. как инфекционный процесс, то по аналогии можно прийти к выводу о существовании паразитов, способных реализовывать стратегию, при которой продолжительность болезни хозяина будет ограничена только продолжительностью его жизни. Назовем ее
Отдельные инфекционные процессы, продолжительность которых не ограничивается действием иммунной системы, уже описаны как медленные инфекции. Но чтобы понятийно отделить их от инфекционных процессов, описанных в предыдущей подглаве (т. е. циклического типа), целесообразно ввести термин «
3.3. Многокомпонентные нециклические инфекционные процессы
Одной из самых ранних находок у ВИЧ-иммунокомпромисных людей стала их поразительная
Надклеточный уровень. Изучен наиболее детально. Развитие оппортунистических инфекций при ВИЧ-инфекции формально «привязано» к количеству в крови Т-хелперов. У здоровых людей в 1 мм3содержится около 1000 таких клеток. У ВИЧ-инфицированных их число постепенно падает (см. рис. 47). Когда хелперных Т-лимфоцитов становится меньше 400–200 на мм3, появляются первые инфекционные болезни — обычно неопасные, но беспокоящие больных инфекции кожных покровов и слизистых оболочек.
Наиболее чувствительными к ослаблению иммунной защиты организма являются вирус герпеса зостер (опоясывающий лишай), грибок кандида (молочница), вирус Эпштейна-Барра (волосатая лейкоплакия полости рта), туберкулезная палочка (стадия пре-СПИДа). На фоне прогрессирующего паралича иммунной системы (ранняя стадия СПИДа) активируются пневмоцисты, гистоплазмы, кокцидии, криптококки, токсоплазмы, вирус простого герпеса, криптоспоры. Поздняя стадия СПИДа (число Т-хелперов падает до минимума) сопровождается активацией цитомегаловируса и атипичных микобактерий — предвестников фатального исхода болезни (Милз Д., Мазур Г., 1990).
А. Я. Лысенко с соавт (1996) выделяют следующие особенности течения инфекций у лиц с приобретенным иммунодефицитом (табл. 15):
1) инфекции имеют тенденцию протекать с опасной для жизни пациента остротой;
2) имеют тенденцию к диссеминации возбудителя с обнаружением его в эктопических органах и тканях;
3) слабую податливость специфической терапии с тенденцией к множественным рецедивам, что особенно характерно для пневмоцистоза, токсоплазмоза, криптоспоридоза, атипичных микобактериозов и др;
4) слабый иммунный ответ на оппортунистического возбудителя.
Но у многих исследователей ВИЧ/СПИД-пандемии вызывает недоумение то обстоятельство, что нет логики в «подборе» перечня СПИД-ассоциируемых инфекций. Их возбудители таксономически крайне неоднородны, отсутствуют видимые признаки сходства в жизненных циклах и экологии. Иными словами, между условно-патогенными паразитами и СПИД-ассоциируемыми инфекциями нет обязательной обусловленности (см. работу Лысенко А. Я. с соавт., 1996). Отсутствие ожидаемой «логики» или «обусловленности» СПИД-ассоциируемых инфекций все же указывает на возможность определенной специфичности в подборе их возбудителей. Вот несколько примеров.
Для возбудителя другой СПИД-индикаторной инфекции — M. avium — известны, по крайней мере, три таких фактора. Первый, это
Вид возбудителя | Здоровые | С иммунологической дисфункцией | С приобретенным иммунодефицитом, в том числе вызванным ВИЧ
Клеточный уровень. ВИЧ поражает различные клетки человека, но два типа являются критическими для развития ВИЧ-инфекции — это T-лимфоциты-хелперы и макрофаги. Если первые постепенно устраняются из крови самим вирусом, то вторые, наоборот, приобретают устойчивость к апоптозу и используются им до самой гибели больного СПИДом. Еще в 1994 г. Stevenson M. и Gendelman H. E. на основе собственных наблюдений пришли к выводу, что макрофаги играют центральную роль в прогрессировании ВИЧ-инфекции и ее клинических проявлений (рис. 56).
Вирус приникает в организм человека как в составе макрофагов, так и с тканевыми жидкостями в виде свободных частиц. Макрофаги распространяют ВИЧ по тканям и органам (современную модель повреждения и смерти нейронов под воздействием ВИЧ-инфекции см. на рис. 34) и непосредственно передают его Т-клеткам-хелперам. В этом процессе Т-хелперы активируются через представление антигена главным комплексом гистосовместимости макрофагов. Вирус от моноцитов передается к взаимодействующим с ними Т-хелперами. Активация макрофагов происходит через опортунистическую инфекцию и стимуляцию иммунной системы (Stevenson M., Gendelman H.E., 1994).
Поведение макрофагов, вышедших из под контроля Т- и В-клеточной системы, мало похоже на то, что приписывается им учебниками по иммунологии. По «законченным» представлениям их авторов о роли иммунной системы в инфекционном процессе, макрофаги относятся к врожденной системе иммунитета человека. Основное предназначение макрофага — удаление из крови микроорганизмов, опухолевых клеток, иммунных комплексов, презентация антигенов лимфоцитам и т. п. (см., например, работы Б. И. Кузника, 2004; А. С. Ройта с соавт., 2000; В. Г. Галактионова, 1998). В подглаве 2.2 я уже обращал внимание исследователей на то, что ВИЧ взаимодействует с макрофагами не только посредством хемокиновых рецепторов, но и маннозных, что более характерно для взаимоотношений паразитов почвенных и водных простейших. Причем в последнем случае он ведет себя как эндосимбионт, т. е. не интегрируется с геномом макрофага и не реплицируется. Но и те хемокиновые рецепторы на поверхности макрофагов, с которыми взаимодействует ВИЧ, очень древние, из времен одноклеточной жизни, так как принадлежат хемокинам C–X-C и C–C подклассов.
По данным S. Wahl et al. (2006), клеточная поверхность и внутриклеточные протеины макрофагов оказались весьма эффективными на различных этапах жизненного цикла лентивирусов. И хотя многие из них «подражают» таковым у CD4+ T-клеток, этими авторами получены доказательства существования у макрофагов хорошо отлаженных индивидуальных механизмов, позволяющих ВИЧ более эффективно колонизировать макрофаги, чем Т-клетки-хелперы. Например, в дополнение к хемокиновому рецептору CD4 и корецептору CCR5 Т-клеток-хэлперов, наружная мембрана макрофагов содержит белок аннексин II (annexin II), облегчающий ранние этапы проникновения ВИЧ в клетку. Связывание ВИЧ с макрофагами осуществляется более просто, чем с Т-клетками-хэлперами, так как для этого он может использовать значительно большее количество поверхностных молекул клетки, а не только рецептор CD4 (рис. 57).
В дополнение к каноническим рецепторным структурам типа CD4 и CCR5/CXCR4, мембрана макрофага имеет дополнительные молекулярные структуры, позволяющие вирусу эффективно узнавать макрофаг, присоединяться к его наружной поверхности и проникать вовнутрь клетки. Они могут также играть важную роль в сигнальных клеточных актах, лежащих в основе жизненного цикла вируса. Взаимодействие гликопротеина gp120 ВИЧ с CCR5 приводит к сигнальной трансдукции, активирующей PI-3K (PI — ингибитор протеазы). PI-3K, в свою очередь, активирует серин/треонин протеинкиназу (serine/threonine protein kinase, AKT). Далее запускается каскад реакций фосфорилирования, формирующих связи между транскрипционными актами. Аннексин (annexin II, Ann II) — это кальцийсвязывающий белок [calcium (Ca++)-binding protein], он взаимодействует с фосфатидилсерином (phosphatidylserine) Env ВИЧ и участвует в актин-цитоскелетных перестановках (actin cytoskeletal rearrangement) и в транспорте вируса вовнутрь макрофага. Актин и аннексин II «вовлекают» вирус в эндосомальный компартамен, где он чувствует себя «как дома». В «узнавании» ВИЧ также участвуют маннозный рецептор макрофага (macrophage mannose receptors, MMR), gp340, CD63, галактозилцереброзид (galactosylcerebroside, GalCer) и синдекан (syndecan, Syn). Точечные линии относятся к путям, предполагаемым для Т-клеток. Pyk2 (proline-rich tyrosine kinase-2) — пролин-обогащенная тирозинкиназа-2; SAPK (stress-activated protein kinase) — стресс-активированная протеинкиназа (Wahl S. et al., 2006).
Среди компонентов мембраны макрофагов в качестве кандидатов в кофакторы, позволяющих gp120 или gp41 ВИЧ взаимодействовать с этими клетками, уже описаны протеогликаны гепарин-сульфата (heparan sulfate proteoglycans), такие как синдекан (syndecan); цистеин-богатый рецептор-мусорщик (cysteine-rich scavenger receptor), gp340; маннозный рецептор, эластаза лейкоцитов человека (human leukocyte elastase), локализованная в клеточной поверхности и др. (табл. 16).
Лиганды оболочки ВИЧ | Кофакторы мембраны макрофага
gp 120 | Синдекан, GalCer, MMR (CD 206), Gp -340, сульфат гепарина, DC — SIGN (CD 209), PDI
gp41 | Эластаза
PS | Аннексин II
ICAM-3 | DC-SIGN (CD209)
ICAM-1 (CD54) | LFA-1
MHC–I/MHC–II | CD4
CD28 | CD80*[22]
CD44 | HA*
CD62L | Карбонгидраты: sLEX, GlyCAM1
? | CD63
CD86 | CD28*
CD40 | CD40*
CD36, CD55, CD63, CD 81 |?
В зависимости от обстоятельств каждая из этих молекул (вместе или по отдельности с другими) может присоединять и концентрировать ВИЧ на поверхности макрофага, обеспечивать ему слияние с клеточной мембраной и/или влиять на его «благополучие» посредством сигнальной трансдукции. ВИЧ — облигатный паразит, имеющий ограниченный репертуар генов и генных продуктов, весьма эффективно использует ресурсы макрофага для своего существования и размножения. S. Wahl et al. (2006), исследовавшие возможные клеточные механизмы торможения репликации ВИЧ, которые могли бы рассматриваться как «защищающие клетку от вируса», не нашли убедительных доказательств их наличия.
Выделенные из крови моноциты конститутивно экспрессируют CD4 и CCR5 с вариабельным уровнем CXCR4 (Wahl S. M. et al., 1999). После дифференциации в макрофаги количество корецепторов на их поверхности увеличивается — их чувствительность к ВИЧ возрастает. Еще на поверхности слизистых инфицированный макрофаг может «случайно столкнуться» с миелоидными производными дендритных клеток (myeloid-derived dendritic cells, DC), которые, благодаря экспрессии DC-специфических межклеточных адгезионных молекул SIGN, могут «запустить» репликацию ВИЧ еще до проникновения макрофага в лимфоидную ткань (Geijtenbeek T. B. et al., 2000; Baribaud F. et al., 2001).
После взаимодействия ВИЧ с макрофагом он индуцирует сигнально-трандукционные акты, приводящие к транскрипции генов. Эти ответы, как правило, скоротечные и клетка возвращается к покоящемуся фенотипу («resting» phenotype) в течение 24–48 ч. В этих пределах времени вирус начинает свой жизненный цикл. Между 5 и 10 сутками после инфицирования макрофага, начинается активная продукция ВИЧ. Ее максимум достигается на 14 сутки. В макрофаге у ВИЧ экспрессируются гены, важные не только для его собственной репликации, но и способны эффективно оказывать влияние на функцию клетки-хозяина (рис. 58).
Белки ВИЧ Vpr, Vpu, Vif и Nef, в дополнение к Tat-регуляторному белку, влияют на сигнальную трансдукцию, генную экспрессию и белковый синтез. Сокращения: Sp1 (specificity protein-1) — специфичный белок-1; GR (glucocorticoid receptor) — глюкокортикоидный рецептор; QA (quinolinic acid) — квинолиновая кислота; TRAIL (TNF-related apoptosis-inducing ligand) — TNF-связанный апоптоз-индуцирующий лиганд; iNOS (inducible nitric oxide synthase) — индуцибельная окись-азота синтетаза; MR (mannose receptor) — маннозный рецептор; STAT (signal transducer and activator of transcription) — сигнальный преобразователь и активатор транскрипции; AP-1 (activated protein-1) — активированный белок-1; HCK (hematopoietic cell kinase) — гематопоэтическая клеточная киназа; FcR (Fc receptor) — Fc-рецептор; p21 (cyclin-dependent kinase inhibitor 1A; CDKN1A — циклин-зависимый ингибитор киназы 1А) (Wahl S. et al., 2003).
Гены сигнальной трансдукции наиболее активно экспрессируются ВИЧ-инфицированным макрофагом в 1-е и 14-е сутки; пики экспрессии генов транскрипции, клеточного цикла и апоптоза приходятся на 1-е сутки и на 7–14; гены метаболических процессов, цитокинов и хемокинов наиболее активны в 1-е сутки после инфицирования (Vazquez N. et al., 2005). Среди генов клеточного цикла N. Vazquez et al. (2005) выделяют ген p21 (cyclin-dependent kinase inhibitor 1A; CDKN1A/p21) — классический ингибитор G1-фазы клеточного цикла. Он наиболее активно экспрессируется ВИЧ-инфицированным макрофагом. Вирусный белок R (Vpr) независимо регулирует экспрессию p21. «Лечение» макрофагов p21-антисмысловыми олигонуклеотидами или малыми интерферирующими РНК (small interfering RNAs) тормозит репликацию ВИЧ. Эти данные показывают, что p21 является основным стимулятором жизненного цикла ВИЧ в макрофагальной клетке.
Одной из самых ранних находок у ВИЧ-иммунокомпромисных людей стала их поразительная чувствительность к оппортунистическим инфекциям. Макрофаги, полученные от ВИЧ-инфицированных пациентов с такими инфекциями, содержат значительное количество вирусных частиц. Этот феномен сказывается на эффективности активной ретровирусной терапии и является основной причиной смерти больных СПИДом.
S. Wahl et al. (2003) исследовали причины повышения такой восприимчивости на примере Mycobacterium avium — бактерии, неспособной вызывать инфекционный процесс у иммунокомпетентного человека. В организм иммунокомпромиссного пациента M. avium проникает через слизистую поверхность, активно размножается в макрофагах и ими же диссеминируется.
S. Wahl et al. (2003) наблюдали воздействие бактерий на макрофаги в условиях in vitro, когда на них не действуют цитокины Т-клеток. M. avium активирует основной транскрипционный активатор воспалительных цитокинов, NF-кB (nuclear factor кB), и увеличение экспрессии CCR5 и цитокинов. Оба фактора стимулируют репликацию ВИЧ у инфицированного макрофага, и восприимчивость неинфицированного макрофага к этому вирусу (рис. 59).
Микобактерия активирует NF-kB, экспрессию CCR5, синтез хемокинов и цитокинов и подавляет апоптоз. В результате у макрофага повышается восприимчивость к ВИЧ, а в ВИЧ-инфицированных макрофагах вирус активно размножается. Образование бактериальных скоплений в макрофаге вызывает у людей гранулематозоподобные поражения, наполненные мультиядерными гигантскими клетками (multinucleated giant cells; MNGC), активированными макрофагами и заново рекрутированными мононуклеарными клетками (Wahl S. M. et al., 2000).
Макрофаги, инфицированные M. avium, интенсивно секретируют хемокины MCP-1 и MIP-1. По данным H. Hale-Donze et al. (2002), с этими хемокинами связана способность макрофагов к диссеминации микобактериальной инфекции в новом хозяине. Также MCP-1 и MIP-1 повышают их восприимчивость к ВИЧ. Особо хочу здесь отметить то, что на этом примере мы вновь видим участие в диссеминации микроорганизмов фагоцитирующими клетками человека, прежде всего хемокинов группы СС, сформировавшейся до появления позвоночных организмов (см. работу Najakshin A. M. et al., 1999; и рис. 38). Индукция цитокинов, специализирующихся в многоклеточных организмах на воспалительных реакциях, поддерживает ВИЧ в состоянии активной репликации и обеспечивает работу механизма, посредством которого оппортунистическая инфекция функционирует как кофактор, повышающий экспрессию генов ВИЧ и утяжеляющий течение ВИЧ-инфекции.
На раннем этапе взаимодействия M. avium с макрофагом активируется Toll-подобный рецептор-2 (Toll-like receptor 2), что проявляется фосфорилированием p38 MAPK (mitogen-activated protein kinase — митоген-активированная протеин киназа) и активацией серии транскрипционных факторов, ведущих к изменению экспрессии генов макрофага. Посредством транскриптомного анализа было показано, что M. avium, также как и ВИЧ (см. Vazquez N. et al., 2005), увеличивает количество p21, ингибитора G1-фазы клеточного цикла в клетке, который облегчает ее инфицирование ВИЧ. В дальнейшем происходит быстрое и масштабное нарастание экспрессии генов цитокинов TNF-альфа и IL-lбета.
M. avium может не только облегчить свое проникновение и выживание в макрофагальных внутриклеточных вакуолях, но и обрывать любое возможное противодействие ВИЧ со стороны клетки. В дальнейшем экспрессии подвергаются гены IL-10 и других иммуносупрессивных молекул, которые подавляют антибактериальные и противовирусные ответы хозяина (Greenwell-Wild T. et al., 2002).
Обнаружены и более сложные механизмы активации экзогенных ретровирусов возбудителями оппортунистических инфекций. Например, экспрессия генов ВИЧ, регулируемая посредством LTR, может быть трансактивирована регуляторными генами многих ДНК-вирусов, обычно инфицирующих людей. Среди них вирус простого герперса первого и второго типа, цитомегаловирусы, герпес-вирус 6, вирус гепатита В (Urnovitz H. B., Murphy W. H., 1996).
Клинические и экспериментальные данные показывают, что человеческий герпес-вирус 6А (human herpesvirus 6A; HHV-6A) — цитопатический Т-лимфотропный ДНК-вирус и этиологический агент roseola infantum способствует прогрессированию СПИДа совместно с ВИЧ. Этот вирус повышает патогенность ВИЧ по нескольким механизмам: активизацией LTR ВИЧ; индукцией CD4-экспрессии; повышением чувствительности к ВИЧ обычно мало восприимчивых к нему клеток, таких как CD8+ T-клетки и NK-клетки; переключением тропности ВИЧ с рецептора CCR5 на рецептор CXCR4 (см. рис. 47); и др. В опытах по совместному инфицированию обезьян (Macaca nemestrina) вирусом иммунодефицита обезьян (simian immunodeficiency virus, SIV) и HHV-6A было обнаружено быстрое нарастание количества частиц SIV в плазме крови, ассоциированное со скоротечным проявлением клиники болезни и последующей сероконверсией. В то же время животные, инфицированные только HHV-6A, не имели длительных патологических последствий (рис. 60).
На фотографиях A и Б показаны результаты окрашивания гистологических препаратов гематоксилинэозином (hematoxylineosin). На фотографиях В и Г показаны результаты гибридизации in situ SIV РНК тех же разрезов лимфатических узлов. Стрелки показывают увеличенные лимфоидные фолликулы с реагирующими (reactive) герминальными центрами (A и Б), и специфический SIV РНК-гибридизационный сигнал соответствующих герминальных центров (В и Г). В ткани животного, инфицированного только SIV (А и Г), общая архитектура лимфатического узла сохранена, лимфоидные фолликулы едва видны в субкапсулярной области. Низкий уровень SIV РНК. В ткани животного, инфицированного SIVsmE660 и HHV-6AGS (Б и Г), гистологическая архитектура лимфатического узла значительно «сглажена» за счет выраженной фолликулярной гиперплазии и сливающихся между собой герминальных центров. Интенсивный сигнал SIV РНК в субкапсулярной области и глубоко расположенных фолликулах (Lusso P. et al., 2007).
Следовательно, хотя ВИЧ-инфекция и лежит в основе повышения чувствительности макрофагов к оппортунистическим патогенам, их действие друг на друга взаимное и специфическое, оппотунистические патогены промотируют ВИЧ по механизму обратной связи.
Уровень генома. Предположения о связи между собой процессов, в которых участвуют экзогенные ретровирусы и эндогенные ретроэлементы, появились в начале 1990-х гг. Однако трудности их изучения обусловлены не только недостаточным развитием соответствующей методологии. В привычном для человека масштабе времени не всегда возможно определение пределов таких процессов в эволюционной истории его как вида Homo sapiens. Пока «максимальным разрешением» таких исследований является жизнь конкретного человека. В этом масштабе времени нециклические процессы, в основе которых лежит
По данным Contreras-Galindo R. et al. (2007) РНК HERV-K(HML-2) встречается в крови ВИЧ-инфицированных пациентов почти всегда, в 95,33 % исследуемых образов, но отсутствует в крови неинфицированных ВИЧ людей. Ранее Contreras-Galindo R. et al. (2006), исследовав на нагрузку по РНК HERV-K кровь 20 ВИЧ-инфицированных пациентов, принимавших высокоактивную ретровирусную терапию (HAART), обнаружили, что титры такой РНК всегда значительно повышены у пациентов с несупрессированной HAART (non-suppressive HAART), т. е. у тех из них, у которых такая терапия не дает эффекта в субоптимальных дозах. У пациентов, у которых HAART давала положительный эффект, повышения титров РНК HERV-K, не обнаруживалось. В описанных случаях имеет место активизация ВИЧ HERV-K, те, в свою очередь, снижают эффективность HAART.
В качестве активаторов HERV могут выступить не только экзогенные ретровирусы, например, ВИЧ. По крайней мере, в клеточных линиях, инфицированных вирусом гриппа A/WSN/33 или вирусом герпеса первого типа, удавалось достичь аберрантной экспрессии HERV семейства W (Nellaker С. et al., 2006).
Пока неизвестно, способны ли передаваться горизонтально между людьми HERV, активизировавшиеся благодаря ВИЧ или другой инфекции, Но такую возможность нельзя исключать, и, несомненно, это очень интересная тема будущих исследований взаимоотношений экзогенных и эндогенных ретровирусов человека.
При ВИЧ-инфекции клеточная и гуморальная составляющие иммунной системы постепенно перестают контролировать реликтовую иммунную систему, и фагоцитирующие клетки начинают играть в инфекционном процессе ту же роль «мусорщиков», которую они играли у первых многоклеточных животных. Между такими клетками и их паразитами восстанавливаются связи, отношения и даже иерархия, существовавшие у них в архее. На уровне макроорганизма они проявляются десятками нециклических инфекционных процессов, называемых СПИД-ассоциируемыми, и активизацией эндогенных ретроэлементов.
Так как взаимодействие возбудителей СПИД-ассоциируемыми инфекций, ВИЧ и клеток иммунной системы носит специфический характер на надклеточном, клеточном и генетическом уровнях, я предлагаю выделить такие процессы в отдельную группу —
ЭПИДЕМИЧЕСКИЕ И ПАНДЕМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Микроорганизмы-паразиты, использующие принципиально различные стратегии по отношению к иммунным ответам своих хозяев, должны вызывать у них не только принципиально различные инфекционные процессы (см. гл. 3), но и принципиально различные пандемические и эпидемические (эпизоотические) процессы среди их популяций. Однако если мы попытаемся описать такие процессы в рамках сложившихся в ХХ в. определений, то столкнемся с тем, что имеющиеся определения односторонни. Например, по Б. Л. Черкасскому (2001) «
4.1. Пандемические и эпидемические процессы, вызываемые паразитами, использующими стратегию первого типа
«Цикличность» пандемических (эпидемических) процессов, вызываемых паразитами, использующими стратегию первого типа, предопределяется по меньшей мере цикличностью активизации природных очагов возбудителя инфекционной болезни и цикличностью самого инфекционного процесса.
4.1.1. Терминология
Термины «природный очаг», «природный резервуар», «возбудитель инфекционной болезни» носят искусственный, сугубо антропоцентрический характер, так как рассматривают поддержание в природе тех или иных видов микроорганизмов исключительно с точки зрения причинения ими вреда (т. е. болезни) человеку. Микроорганизмы и экосистемы, в которых они существуют, появились задолго до появления человека, поэтому мы должны понимать естественно-научную ограниченность этих терминов.
К определению терминов «природный очаг» и «природный резервуар» возбудителей инфекционных болезней. Имеются разные определения того, что понимать под
Термин «
Типы первичных природных резервуаров. Основываясь на исследованиях О. В. Бухарина и В. Ю. Литвина (1997), в зависимости от комплексных условий среды, в которой будут поддерживаться микроорганизмы, можно выделить четыре типа природных резервуаров возбудителей инфекций.
Облигатным паразитам простейших, имеющим циркуляцию в наземном резервуаре (как например возбудитель чумы), свойственна передача среди людей и животных посредством переносчиков, т. е. усилителей природного резервуара возбудителя опасной инфекционной болезни. Их распространение среди людей может приобретать эстафетный характер по крайней мере, в двух случаях: 1) если в процесс передачи будут вовлечены эктопаразиты человека; 2) если произойдет «отрыв» возбудителя инфекционной болезни от природного резервуара (см. «Эпидемические монопроцессы циклического типа» в разд. 4.1.2) и они сформируют самостоятельные эпидемические цепочки путем воздушно-капельной передачи (возбудители чумы, натуральной оспы, гриппа, туберкулеза и др.). Многие возбудители инфекционных болезней людей, поддерживающиеся в техногенном, почвенном и водном резервуарах, не имеют возможностей для циркуляции в наземном резервуаре, и они не способны образовывать самостоятельных эпидемических цепочек. Инфицирование людей происходит «веерным путем» из какого-то единого источника (легионеллез — системы кондиционирования воздуха, холера — источники воды, сибирская язва — мясо инфицированных животных и почва; псевдотуберкулез — инфицированные растения и др.).
Первичный природный очаг возбудителя инфекционной болезни. Первичный очаг (пульсирующий или холодный) может изменять свои границы, расширяться или сужаться в результате естественной миграции одноклеточных животных, а также проникая в кишечник позвоночных организмов и распространяясь по территории в составе их фекалий. И. В. Домарадский (1998) считает важным фактором существования сапронозов способность простейших образовывать цисту (капсулу или наружную оболочку которой большинство простейших окружает при временном переходе в особое состояние покоя), устойчивую к высушиванию и температурным колебаниям среды. Цисты переносятся на большие расстояния воздушными и морскими течениями, а также перелетными птицами (посещающими болотные места) и насекомыми. Переселенные таким пассивным путем и попавшие в благоприятные условия существования инцистированные простейшие выходят наружу и быстро начинают размножаться. Вместе с ними новый регион может начать «обживать» и новый сапроноз.
Вторичный природный очаг возбудителя инфекционной болезни. Формирование нестойкого вторичного резервуара возбудителя инфекционной болезни среди животных, обитающих на определенной территории, формирует вторичный природный очаг возбудителя инфекционной болезни. Для классификации вторичных природных очагов возбудителей инфекционных болезней можно использовать либо вид животного, наиболее часто вовлекающегося в эпизоотические процессы на исследуемой территории, как это делается в отношении очагов чумы (крысиный, сусликовый, песчаночный и др.; см. в работе Сунцова В. В. и Сунцовой Н. И., 2006), либо классифицировать их по типу географического ландшафта, в пределах которого локализуются основные эпизоотии и эпидемии. Обычно такие ландшафты характеризуются наличием определенных видов животных, вовлекаемых в эпизоотии членистоногими — переносчиками возбудите членистоногих, их суммарной сезонной активностью, а иногда и биологическим подтипом циркулирующего микроорганизма. По этому принципу Б. Л. Черкасский (2001) выделял степные, лесостепные, лугополевые, пойменно-болотные, долин пустынных рек, горно(предгорно) — ручьевые и др. очаги.
Продолжительность существования такого очага может не превышать продолжительности инфекционного процесса у отдельного инфицированного животного. Однако в тех случаях, когда благодаря эктопаразитам позвоночных между ними формируются эпизоотические (эпидемические, когда речь идет о человеке) цепочки, микроорганизм — облигатный паразит простейших получает возможность длительно поддерживаться среди позвоночных, обитающих на данной территории. Основную роль в его поддержании играют
Вследствие меньшей устойчивости вторичные природные очаги не могут существовать дольше, чем первичные. После «угасания» таких очагов остается территория —
Общие свойства вторичных природных резервуаров возбудителей опасных инфекционных болезней. Рассмотрим некоторые общие свойства этих резервуаров, определяющие их роль в поддержании эпидемически значимых микроорганизмов среди позвоночных на определенных территориях.
Для патогенных бактерий из водных и почвенных резервуаров — это обширные связи с различными обитателями воды, почвы и наземного резервуара. Например, холерные вибрионы обнаруживаются у вислоногих ракообразных, устриц, инфузорий, рыб. Легионеллы — у дождевых червей, личинок насекомых, кузнечиков и др. Возбудитель псевдотуберкулеза у моллюсков, плоских и кольчатых червей, водных растений, а также у более чем 300 видов питающихся ими рыб, млекопитающих, птиц, рептилий (Бухарин О. В., Литвин В. Ю., 1997).
Первичным резервуаром возбудителя туляремии, F. tularensis, скорее всего, являются простейшие A. castellanii (см. разд. 2.1 и рис. 25). Во вторичных резервуарах на территориях природных очагов он может поддерживаться не менее чем 125 видами диких позвоночных животных. Находят инфицированных возбудителем туляремии грызунов, насекомоядных, хищных, птиц, земноводных и даже рыб. В распространении туляремии среди грызунов основная роль принадлежит кровососущим эктопаразитам. Всего на территории бывшего СССР естественная инфицированностьвозбудителем туляремии была обнаружена у 74 видов паразитических клещей и насекомых. Эпизоотии туляремии наблюдаются в год высокой численности грызунов (рис. 61).
Разнообразие животных, формирующих вторичные резервуары F. tularensis, способствует многообразию природных очагов туляремии. Они встречаются во всех равнинных ландшафтных зонах, местами проникают в горы. На территории бывшего СССР выделены следующие типы природных очагов туляремии: поймено-болотный, лугополевой, лесной, степной, предгорно-ручьевой, тугайный, тундровый. Каждый тип очага имеет собственные эпизоотологоэпидемиологические особенности (рисунок из книги Шуваловой Е. П., 1976)
Эшелонированность резервуара может проявляться наличием в нем имеющих сходные экологические потребности близкородственных видов микроорганизов (например, возбудители коклюша и паракоклюша; бешенства и сходных с ним вирусов — Lagosbat, Mokola, Duvenhage, EBLV1 и EBLV2), видов-аналогов эпидемически значимого возбудителя инфекции (малярийные паразиты) или вообще неродственных видов (возбудители гепатитов В и С), использующих одинаковый механизм трансмиссии.
Патогенные для человека виды «второго эшелона» не фиксируются в эпидемических вспышках из-за относительно небольшого количества вызываемых ими случаев инфекции и сходности ее клинических проявлений с вызываемой доминирующим возбудителем. Однако после «победы» над доминирующим возбудителем они постепенно занимают его место в этой же экологической нише.
4.1.2. Циклические пандемические и эпидемические монопроцессы
Пандемия данного типа — это процесс появления, распространения и
Пандемии чумы. Возбудитель чумы, Y. pestis, способен формировать вторичные, хорошо эшелонированные (полигостальные) резервуары среди грызунов. В человеческие популяции он проникает посредством блох, инфицировавшихся от грызунов. При переходе бубонных форм болезни во вторично-легочную Y. pestis может формировать цепочки из случаев первично-легочной чумы и вызывать масштабные вспышки легочной чумы (до 100 тыс. человек, погибших во время легочной чумы в Маньчжурии 1910–1911 гг.), но для ее поддержания в природе жертвы среди вида Homo sapiens не имеют значения.
Пандемии чумы начинаются за несколько десятилетий, а возможно, и веков до своего «официального признания» в качестве эпидемической катастрофы — реликтовые очаги чумы разогреваются десятилетиями. Так, первая исторически зафиксированная пандемия чума (чума Юстиниана, 531–589 гг.) в восприятии современников проявилась разрозненными случаями в Константинополе в 531 г. Однако историк церкви Евсевий Памфил (Eusebius, ок. 260–340) в своем труде «Церковная история» упоминает о чуме, как об известной в Европе (в отличие от оспы) на его время болезни.
Второй пандемии также предшествовали какие-то эпидемии, сопровождавшиеся повальной смертностью и оставившие свидетельства в легендах и летописях именно как «чума» или «мор». Культ Святого Рока как защитника от чумы, появился в Европе перед «черной смертью», сам святой умер в тюрьме в 1327 г. Традиция изображать «Гнев Господень» в виде стрел чумы, ниспосланных сверху, начинается еще раньше, как минимум в XIII в. (Делюмо Ж., 1994). На территории России летописцы в течение двух веков, предшествовавших «черной смерти», фиксировали «бысть мор» в городах, ставших потом ее основной жертвой (Смоленск, Псков, Новгород, Изборск и др.). «Мор» с завидной регулярностью начинался в конце лета (Рихтер В. М., 1815). С XIII в. затлели очаги чумы на Балканах, в Курдистане и Месопотамии. В 1346 г. начался глобальный «пожар» чумы.
Пандемиям чумы предшествуют пандемии проказы и натуральной оспы (более подробно об этом феномене см. в разд. 4.2.3 и в книге Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006).
По собранным нами данным (Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006) 1346–1347 гг. чумой были охвачены территории, включающие низовья Волги, Северный Прикаспий, Северный Кавказ, Закавказье, Крым, Восточные отроги Карпат, Причерноморье, Ближний и Средний Восток, Малую Азию, Балканы, Сицилию, Родос, Кипр, Мальту, Сардинию, Корсику, Северную Африку, юг Пиренейского полуострова, устье Роны. В ноябре 1347 г. «черная смерть» появилась в Марселе, к январю 1348 г. волна эпидемии докатилась до Авиньона. К началу 1348 г. «черная смерть» распространилась по Испании. К концу января чума свирепствовала во всех крупных портах южной Европы, включая Венецию, Геную, Марсель и Барселону. Весной, превратив Венецию и Геную в мертвые города, чума достигла Флоренции. Затем чума «перешагнула» через Альпы, в Баварию. Также весной 1348 г. она объявилась в Гасконии. Вскоре после этого чума вспыхнула в Париже. В июле эпидемия охватила северное побережье Франции. В начале августа «черная смерть» пришла в Англию в «обход портов», разразившись в маленьком прибрежном дорсетширском городке Мельком Регис (Уэймут), «почти полностью лишив его жителей». Только через несколько недель чума появилась в Бристоле. В течение той осени чума поражала одно южное графство за другим. Дорсет и прилегающие графства почти вымерли. В Лондоне эпидемия вспыхнула в ноябре, в Шотландии в конце года. В следующем году наступила очередь Уэльских гор и долин, и «наконец, как будто плывя дальше, чума достигла Ирландии, поразив огромное количество англичан, проживавших там». Она едва затронула самих ирландцев, которые проживали в горах и горных территориях, но и их она безжалостно и неожиданно «уничтожила повсюду самым жестоким образом» в 1357 г. Осенью 1348 г. чума появилась в Норвегии, Шлезвиг-Голштейне, Ютландии и Далмации. В 1349 г. чума захватила Бельгию, Германию, а в следующем году — Польшу (рис. 62).
Фрагмент иллюстрации из рукописи, называемой «Хроники Гилля Майзета» («Annals Gilles de Muisit», 1272–1352 гг.), настоятеля монастыря святого праведника Мартина. Рукопись хранится в Библиотеке короля Альберта I, Брюссель. Показанные художником события относятся к чуме «черной смерти» в бельгийском городе Турне в 1349 г. Изображенная на рисунке ситуация отражает типовое восприятие людьми эпидемий циклического типа. Болезнь вспыхивает неожиданно и в течение воспринимаемого в быту периода времени (месяц, сезон и т. п.) заканчивается. Например, в русских летописях можно прочитать следующее: «В то же лето бысть болесть сильна в людех»; или «за пять дней, да после Покрова дней с десять» — т. е. в конце сентября и в начале октября
На территории средневековой Руси чума появилась в 1352 г. на следующий год после того, как ее эпидемии закончились в Германии и Польше. Летом 1352 г. «черная смерть» охватила Псков, затем Новгород. В течение 15 лет чума распространилась на Ладогу, Суздаль, Смоленск, Чернигов, Киев и по всей Центральной Руси (1363–1365 гг.).
Распространение «черной смерти» шло «скачками». Ряд городов Месопотамии был охвачен этой болезнью, дававшей, как правило, до 100 % смертности заболевших. Но на том же пути многие города, находившиеся в сообщении с зачумленными, остались нетронутыми «черной смертью». Русские летописи оставили нам любопытную подробность «движения» чумы по территории древней Руси. В низовьях Волги она появилась в 1346 г., но, опустошая Орду, чума упорно не «заносилась» на территории русских княжеств еще почти 5 лет, хотя никаких ограничений на сообщения между «субъектами федерации» тогда не было.
Развитие второй пандемии больше напоминает сложнопериодические колебания в еще неизвестных экосистемах, вмещающих чумной микроб, чем передачу возбудителя болезни по цепочке от человека к человеку или из крысиных очагов чумы посредством инфицированных эктопаразитов. На огромных территориях вспыхивают несвязанные друг с другом, но синхронизированные по времени и разные по интенсивности эпидемии чумы. Между ними остаются временные промежутки, которые достаточны для того, чтобы сменилось несколько поколений людей, живших в мире без чумы. Например, относительно благополучными по чуме для Европы были промежутки между 80-ми гг. XIV в. и 40-ми гг. XV в.; между 1527-м и 1545 гг. На территории отдельных реликтовых очагов чумы можно отметить и более продолжительные периоды эпидемического благополучия. До чудовищной чумы 1773 г. в Багдаде и Басре жители Месопотамии не встречались с ней почти 90 лет. Между последними чумными эпидемиями в Москве (1654-й и 1771 гг.) прошло 117 лет, за это время сменилось четыре поколения москвичей, незнавших этой болезни. Пульсация реликтовых очагов чумы возобновляется на огромных территориях. Например, в середине XVII в. процесс осуществился на пространстве от Вятки до Лондона в течение 10 лет, погубив, по приблизительным оценкам, от 0,5 до 1 млн человек. Всего же таких периодов (пиков активности чумы) после окончания «черной смерти» 1346–1351 гг. и последовавших за ней пульсаций очагов чумы в более северных широтах (первый пик — 1346–1382 гг.) мы насчитали еще не менее трех: 1440–1530 гг. (второй); 1545–1683 гг. (третий; по площади охваченных чумой территорий его можно прировнять к «черной смерти»); 1710–1830 гг. (четвертый). Внутрь этих пиков всеевропейских пульсаций вложены пики пульсаций отдельных релитиктовых очагов. Однако с середины XVII в., по мере потепления климата, постепенно происходит отступление чумы в направлении с севера и запада на юго-восток. Все больше западных и северо-западных территорий Европы становятся свободными от чумы, если, конечно, под чумой понимать только ее вспышки среди людей.
В XIX в., угасая на Европейском континенте, очаги чумы разгораются южнее, в глубине территорий, занимаемых сегодня Индией и Китаем. Эти территории были интенсивно поражены чумой во время «черной смерти», но в XVII в. Индостан и Китай оставались относительно благополучными по чуме. В начале XIX в. чума в Индии вновь резко активизировалась. Бубонная и легочная чума появились в 1815 г. в горной провинции Куче и на юго-востоке провинции Гузерат (штат Гуджарат — там же она появилась в 1994 г., и, разумеется, оказалась нераспознанной более месяца, так как о чуме в этих местах уже никто не помнил). В 1819 г. чума в Индии получила еще большее распространение. В 1836 г. она появилась в местности, отстоящей далеко от пораженных прежде, в Пали. В эти же годы началась активизация природных очагов чумы на юге Китая и в Индокитае. К 1834–1835 гг. относятся сведения о появившейся в китайском городе Нинпо (Нинбо — город на берегу Восточно-Китайского моря) эпидемии чумоподобного характера. В 1850 г., когда бубонная чума выпала из поля зрения европейских ученых, и даже считалась ими «вымершей болезнью», легочная чума вновь вспыхнула на южных склонах Гималаев (в Гурвале и Камауне). В этот же год бубонная чума напомнила о себе в Кантоне (Китай). В 1858 г. обнаружилось «движение» чумы на север и запад. Она появилась в бубонной форме среди бедуинов на побережье Средиземного моря в близи Триполи, где чума была известна еще во времена карфагенского владычества. Через 5 лет активизировались очаги Великого Евразийского чумного излома (1863–1879 гг.), с начала 1880-х гг. чума все чаще регистрируется в Северном Прикаспии, Поволжье, Монголии, Северном Китае и Забайкалье. С середины XIX в. чума становится эндемичной на юге Китая. В 1864 г. вновь «чумоподобная эпидемия» в Нинпо. В 1866 г. чума обнаружена в столице китайской провинции Юнъ-нань (граничит с Вьетнамом и Бирмой, от самого южного ее участка до побережья моря не менее 400 км) в городе Юнъ-нань-фу (до побережья не менее 1000 км). Во время гражданских войн в 1860–1870 гг. чума свирепствовала на юге Китая эндемически (!). В 1867 г. чума вспыхивает в Пакхое (город в провинции Гуанъ-дунъ на берегу Тонкинского залива), но никуда не «разносится кораблями и крысами». В 1871 г. чума «возвращается» в провинцию Юнъ-нань, продолжаются значительные вспышки чумы в Пакхое. С конца 70-х гг. XIX в. обнаружилась сезонность в появлении чумы в южном Китае. Она стала появляться в январе каждого года в провинции Квангси (Гуанъ-си) и в округах Лиенчоу и Лейчоу. Болезнь наблюдалась ежегодно с 1881-го по 1884 г. в Пакхое, но кораблями она почему-то не распространяется. В 1889 г. была эпидемия в Люнгчоу (Лунчжоу), а в 1890 г. чума вспыхнула в Ву-чу (Бучу), на берегу между Пакхоем и Кантоном. В 1891 г. появилась чума в Као-чау, области смежной с Лиенчоу, где находится Пакхой. В 1892 г. вспыхнула эпидемия чумы в Ан-пу, городе, находящемся в 180 км к востоку от Пакхоя. В 1893 г. вновь появилась чума в Пакхое. Она также была в Юнъ-нане, преимущественно в городе Мингз (в южной части провинции). Тогда же чума свирепствовала в Люнгчоу и во многих глубинных городах провинции Квангси. В 1894 г. чума устраивает побоище в китайских портовых городах Кантоне, Гонконге и Амое, и только тогда (!) она попадает в поле зрения европейских ученых, и понимается ими как начавшаяся третья пандемия. С этим событием по времени совпало бактериологическое обнаружение Y. pestis у крыс в городах и у их блох. Теперь с эпидемиологией чумы все стало ясно, и даже более чем (рис. 63).
А. До начала третьей пандемии чумы с 1846-го по 1894 гг. Б. В начале третьей пандемии с 1894-го по 1903 гг. Данная иллюстрации — любопытный образчик конъюнктурного искажения научной информации в угоду господствующей в эпидемиологии чумы концепции. Проигнорированы предшествовавшие «третьей пандемии» вспышки чумы в горных долинах китайской провинции Юнънань (о них было известно уже не менее 50 лет!), в Индии, Курдистане, Афганистане, Северной Персии, Астраханском крае, Месопотамии, в центральной Танзании и Уганде, в Маньчжурии, Забайкалье и в других местностях. И куда только они делись с карты с началом «третьей пандемии»? Схема взята из монографии, изданной в 2006 г., где она приводится как «образец научности»
За первые 10 лет пандемии (1894–1903 гг.) чума отметилась в 87 (из нескольких тысяч!) портовых городов. Хотя в те же годы фиксировали эпидемии, которые не были связанны с морскими портами, все равно действовал следующий стереотип мышления: пандемия чумы началась в 1894 г. и была «портовой» (Ахшарумов Д. Д., 1900; Диаптроптов П. И., 1901; Wu Lien-Ten et al., 1936; Николаев Н. И., 1949). Факты, свидетельствовавшие о том, что чума в XIX в. не прекращалась, не принимались во внимание, так как они противоречили ставшей очень прогрессивной теории разноса чумы кораблями, кстати, известной еще со времен чумы в Марселе 589 г. (см. у Гезера Г., 1866). Следовательно, началом так называемой «третьей пандемии чумы» сегодня считается случайно взятая дата одной из эпидемий чумы в Кантоне, периодически вспыхивающих там с 1850-х гг., а схема «грызун — блоха — грызун», ставшая основой для объяснения распространения портовой чумы, существует еще и для того, чтобы бесконечно вылавливать грызунов и вычесывать у них блох.
Сопоставление же территориальных масштабов так называемой «третьей пандемии» с предыдущими пиками активности чумы второй пандемии показывает, что она значительно уступает по этому показателю последнему, четвертому ее пику (1710–1830 гг.). Учитывая также и искусственность даты начала третьей пандемии, правильнее будет считать ее не самостоятельным явлением, а пятым, самым низким пиком второй пандемии чумы.
Активизация очагов «излома» начинается с горного Курдистана. Затем, в промежуток времени в 2–4 года, в этот процесс вовлекаются Сирийско-Месопотамские очаги чумы, поэтому в восприятии современников чума «идет» с верховьев Тигра и Евфрата по их долинам и опустошает Месопотамию, юго-западную Персию и Малоазиатскую часть Турции. В промежуток времени 10–15 лет от начала активизации очагов горного Курдистана чума «поднимается» на север, вспыхивая сначала на Карском плато; затем на территориях, которые сегодня называют
Современники «черной смерти» зафиксировали активизацию, по крайней мере, части очагов чумы Великого Евразийского чумного
На территории России наиболее северным участком «излома», на котором в 1346 г. наблюдалась пульсация реликтовых очагов чумы, была местность в районе Енотаевки (Астраханская область), где, по указанию летописца, произошла «казнь от Бога» на жителей города Бездеж (Воскр. лет.). Самой южной территорией «излома» с пульсирующими очагами времен «черной смерти» можно считать местность между реками Тигр и Евфрат в районе Багдада (1347 г.), охваченную бубонной и бубонно-септической чумой с ужаснувшей современников повальной смертностью населения.
В годы последующих пульсаций «излома» территории пульсирующих очагов расширялись и смещались на север и на юг. В 1363 г. границы таких очагов «поднялись» до Нижнего Новгорода, «…а пришел (мор) от низу, от Бездежа, …и опусте земля вся и порасте лесом, и бысть пустыни всюду непроходимы (Никон. лет.)». До середины XVII в. о чуме на российской территории «излома» в исторических источниках не упоминается, возможно, это не от невнимательности летописцев. Например, Петр Петерей (1620 г.); писал: «Московиты, находящиеся за Рязанью и в Татарии, вовсе не знают моровой язвы, страдают же от нее лишь близкие к западной границе, а именно: Новгород, Псков, Смоленск и др.», т. е. в этот исторический период активными оставались очаги чумы, расположенные в северной части Европейского континента.
Пульсации очагов «излома» возобновились в середине XVI в.
Картина написана британским художником Francis Tophan (1838–1924) в 1898 г. В контексте данной работы картина иллюстрирует несоответствие реальной эпидемиологии инфекционной болезни принимаемым в отношении нее противоэпидемическим мероприятиям. В XVII в. считалось, что чума передается особым вредоносным химическим веществом — контагием по принципу: «прикоснулся к чумному больному — заболел чумой». Контагий также сохранялся в вещах больного человека. Люди, находившиеся в контакте с больным чумой, считались потенциально «чумными» и их запирали в тех домах, где выявляли заболевших. «Зачумленные» дома в Лондоне местные власти помечали крестом и на двери делали надпись «Да спасет их Господь», что и изображено на картине Francis Tophan. В действительности в домах формировались локальные (домовые) вторичные крысиные очаги чумы, и возбудитель болезни инфицировал людей посредством укуса инфицированных им блох. Следовательно, правильнее было бы людей эвакуировать из их «зачумленных» домов, что и делают жители, основываясь на своем эмпирическом опыте, вопреки «научным представлениям» врачей. Но к этому пониманию эпидемиологии чумы наука придет еще только через три века.
Приведенные по пандемиям чумы исторические материалы свидетельствуют о следующем.
1. Процессы глобальной активизации природных очагов чумы связаны с активизацией природных очагов возбудителей других инфекционных болезней людей. Анализ исторических источников показывает, что пандемиям чумы предшествуют пандемии проказы и натуральной оспы.
2. Существует глобальная многолетняя цикличностьи в развитии пандемий данного типа. Такой цикл хронологически выходит за рамки известных пандемий. Например, отнеся вторую пандемию чумы только на 1346–1351 гг. мы игнорируем то, что после небольших временных перерывов вспышки чумы продолжались до 1382 г., занимая все большие территории и продвигаясь скачками на север, т. е. пандемический процесс продолжался после даты, считающейся его окончанием. Но и после 1382 г. нельзя говорить о ее окончании. Очаги чумы на Европейском континенте еще почти 500 лет то расширялись и разгорались, то угасали на сто и более лет, но потом снова активизировались. Изучение хронологии эпидемий по городам позволило выявить еще несколько пиков активности чумы в Европе: второй (1440–1530 г.), третий (1545–1683 гг.; максимум), четвертый (1710–1830 гг.) и пятый (1899–1931 гг.). Пики неравноценны. Четвертый даже не имел территориальных размахов первого, предпандемического. А пятый (так называемая «третья пандемия чумы») дал всего несколько незначительных по смертности вспышек среди людей (Оппорто, 1899 г.; Глазго, 1900 г.; Неаполь, 1900 г.; Константинополь, 1900-м, 1919–1929 гг.; Одесса, 1902-м, 1910 гг.; Париж, 1930 г.; низовья реки Турия и долина реки Эбро на Пиренейском полуострове, 1931 г.; и др.). Современникам так и не удалось их привести в связь с кораблями и чумными крысами. Вспышки развились на местностях, уже известных как чумные в прошлом. Следовательно, эти пики чумы стали проявлением одного процесса активизации природных очагов чумы в Европе, имевшего свое начало (1346–1382 гг.), максимум (1545–1683 гг.) и угасание (1710–1830 гг.; 1899–1931 гг.).
Пандемии холеры. Возбудитель холеры, V. cholerae, поддерживается в водном резервуаре среди одноклеточных гидробионтов, распространяется среди людей веерно, посредством инфицированной воды. Вызываемые им вспышки «привязаны» к конкретным территориям, и в периоды холерных пандемий, как правило, на этих территориях они повторяются (см. наблюдения Щепотьева Н. К., 1884, 1890). Данные обстоятельства позволяют предположить наличие реликтовых очагов холеры, однако их границы по историческим источникам еще только предстоит установить. В этом аспекте проблемы история холерных пандемий весьма содержательна. По сложившейся в эпидемиологии традиции, начиная с 1817 г. выделяют семь пандемий холеры. Хронологически их появление совпадает с переходом от малого ледникового периода (XII–XVII вв.) к общему постепенному потеплению в северном полушарии. Холера практически везде (за исключением Индостана и прилегающих к нему регионов) врачами рассматривалась как «новая болезнь». Стереотип восприятия холерных пандемий на протяжении почти полутора веков заключался в том, что все холерные пандемии начинаются в Индии, а «затем по путям человеческих сношений холера распространяется по всему миру». Распространение холеры объяснялось экспансией европейских стран на Восток и значительным расширением международных контактов, создавших новые условия для развития эпидемий холеры (Гезер Г., 1866; Гамалея Н. Ф., 1905). Но если смотреть по конкретным территориям, то еще в XIX в. было замечено (Щепотьев Н. К., 1884, 1890), что она появляется там, где раньше свирепствовала чума (Марсель, Барселона, Москва, Лондон). Здесь я прошу читателя обратить внимание на то, что чума до начала XIX в. в течение почти 500 лет занимала совсем иные территории, чем она занимает сегодня (см. «Реликтовые очаги чумы»).
Холера не появилась в Европе внезапно, будучи «занесенной» из Нижней Бенгалии. Так же как и чума, до общеизвестных пандемий она давала о себе знать отдельными вспышками болезни. Поэтому в сочинениях многих врачей средней и северной Европы XVII в. холера упоминалась под названием «
Патолого-анатомических различий между азиатской и европейской холерой также не удавалось установить. Даже после открытия Р. Кохом холерного вибриона, по сложившемуся стереотипу представлений, обе холеры «этиологически» продолжали разделять, хотя один и тот же вибрион находили в кишечнике и испражнениях больных как европейской, так и азиатской холерой (см., например, работу Раскиной М. А. и Афанасьева М. И., 1892). В начале ХХ в. упоминания о
Общая тенденция в появлении вспышек холеры во время ее пандемий в северном полушарии аналогична «поведению» чумы во время ее первой и второй пандемий — с юга на север и с востока на запад. Во время каждой пандемии оставались местности, в которые холера никогда «не заносилась», сами же пандемии «рассыпались» на сотни вспышек, связь между которыми можно было установить, только встав на позиции средневековых контагионистов. Кратко, по работам Г. Гезера (1866); Г. Ф. Архангельского (1871, 1874); Г. Ф. Вогралика (1935); О. В. Барояна (1967, 1971); и Н. Ф. Гамалеи (1905, 1910), рассмотрим эти пандемии.
По данным Е. П. Борисенкова и В. М. Пасецкого (1988), в первые два десятилетия XIX в. лето в Европе отличалось исключительным обилием влаги. Дожди начинались в мае и шли до конца августа. В ноябре 1819 г. в Западной Европе снова цвели деревья. В России весны стали ранними, но холодными. Лето засушливым. С начала 1820-х гг. в Европе все чаще стали наблюдаться засушливое лето и необычно теплая длительная осень. В России засуха стала губить урожаи даже в Западной Сибири. К середине 1820-х гг. продолжительность холодного времени года резко сократилась, весна стала ранней, и лето повсеместно засушливым. Неурожаи появились не только в России, но и в Европе.
Значительные погодные аномалии дали о себе знать в 1817 г. в Индии. Количество осадков в том году в Бомбее, где оно обычно доходит до 78,54 английских дюймов, достигло 103 дюйма. При этих обстоятельствах и в одно время во многих местностях Индостана начались масштабные вспышки холеры (в Бихаре уже в 1816 г.). В мае 1817 г. впервые она появилась в Поддии, в районе слияния многочисленных рукавов Ганга; в июне холера обнаружилась в Нусерабаде, в июле — в Пaтне и во многих местностях вдоль Ганга (Гезер Г., 1866). Эта эпидемия в Бенгалии еще резко не отличалась от тех, которые имели место в предшествующие годы, но с нее началось «извращение» в распределении холерной смертности в Индии по месяцам года. А именно, в 1815-м и 1816 гг. смертность от холеры имела свой максимум в сентябре и в октябре, тогда как минимум падал на апрель и май. Страшная эпидемия 1817 г. имела также наибольшее напряжение в сентябре. Но на следующий год максимум заболеваемости оказался уже перемещенным на март и апрель. Затем дождливое время (с июня по сентябрь) сопровождалось уменьшением смертности от холеры, которая снова поднялась в ноябре. Таким образом, создалась типичная кривая на начало ХХ в. месячного распределения холерных случаев в Калькутте двумя максимумами в феврале и ноябре и с минимумом, соответствующим периоду дождей (Гамалея Н. Ф., 1905).
Первая пандемия началась в Бихаре (Индия) в 1816 г. Затем холера вспыхнула на юге Индии, на Цейлоне, в Африке, Китае, Аравии, Месопотамии, Сирии, Иране, России (от Баку до Астрахани, где «взяла» 200 жизней), Филиппинах и Японии.
Запущенные глобальными климатическими сдвигами изменения в среде обитания холерного вибриона после 1823 г. (окончание первой пандемии холеры) уже не вернулись к исходному состоянию начала XIX в. — сholera nostras «превратилась» в азиатскую холеру. Колебания системы, образуемой холерными вибрионами и гидробионтами, стали самоподдерживающимися и быстро нарастающими из-за совпадения с колебаниями других сложно опосредованных экологических факторов, вызванных продолжающимся глобальным изменением климата. Каждая последующая пандемия имела свой «ход» (т. е. свою последовательность активизации холерных очагов, на которой не отразились ни прорытие Суэцкого канала, ни развитие транспортных коммуникаций — в этом легко убедиться из работ современников этих пандемий — ученых XIX в.) и распространялась севернее предыдущей, пока они как бы не «оборвались» в 1920-х гг.
Интересно отметить, что холера в Германии в разгар эпидемии так и не «проникла» в ряд городов: ее не было в Мекленбурге, Ганновере, в Саксонском государстве, даже в Лейпциге, который не прекращал своих весьма оживленных сообщений с пораженным холерой Галле. Холера не «проникла» в Гессен, Брауншвейг и гористые местности Тюрингена, тогда как в нижележащей Иене было очень много тяжелых случаев заболеваний «спорадической холерой». Такой же «незаразимостью» отличались Ангальт, Гессен, Брауншвейг. В великом герцогстве Веймарском было несколько случаев холеры в деревнях близ Эрфурта, в котором эпидемия привела к гибели многих граждан. Город Веймар, несмотря на постоянную связь с пораженным холерой Эрфуртом, оставался свободным от эпидемии. Отсутствие холеры в ряде указанных городов и местностей пытались объяснить принятыми против нее мерами, хотя в пораженных и не пораженных холерой германских городах меры против нее были приняты те же.
В 1834 г. холера «обосновалась» на юге Европы и достигла широтного максимума на ее севере. Она появилась сначала в южной части Швеции, потом в Гётеборге и далее «проникла» до 60∞ с. ш. Наиболее интенсивные вспышки холеры, как правило, происходили вокруг больших озер. В середине августа она обнаружилась в Стокгольме, где из 7889 больных умерло 3278 (41,5 %). Меньших размеров достигла холера в Норвегии.
Во время
Пандемия началась с активизации холерных очагов к северу и к северо-западу от Индостана. Холера появилась Лагоре, Кашмире и Афганистане. В июне 1844 г. она поразила Кабул, в июле — Герат, в сентябре — Бухару и Самарканд; в конце года — Персию. В сентябре 1847 г. холера вспыхнула на турецком побережье Черного моря, опустошила Трапезунд и многие населенные пункты Малой Азии. Первый случай холеры в Европе имел место в Константинополе в августе. Одновременно с активизацией холерных очагов на берегах Черного и Азовского морей аналогичный процесс осуществлялся в направлении на север, к Азиатской и Европейской России. С апреля 1847 г. эпидемия холеры стала принимать угрожающие размеры на Кавказе, захватив Кубу и Дербент. В мае холера была в Кизляре. В июне холера появилась в Георгиевске, Моздоке, Пятигорске; в июле — в Ставрополе, в Азове, в Ростове-на-Дону, в Астрахани. Затем она последовательно захватила всю Европейскую Россию до Финляндии включительно. В 1849 г. холера вновь «вернулась» в Европу, достигнув Шотландии и Ирландии.
Во время третьей пандемии в России холера так же, как и во вторую пандемию, распространялась против течения рек. Теперь для борьбы с ней не использовались карантины. Но холера не только не стала распространяться быстрее, но и замедлила свой «ход» (табл. 17).
| Сутки
Холера после ее первого появления в Астрахани обнаружена в городах| 1830 г. | 1847 г.
Царицын | 12 | 12
Саратов | 18 | 38
Пенза | 28 | 50
Самара | 36 | 66
Симбирск | 43 | 70
Казань | 51 | 63
Нижний Новгород | 38 | 67
Москва | 57 | 76
Как видно из этих данных, холера в 1847 г. распространялась по Волге даже несколько медленнее, чем в 1830 г. В 1850 г. эпидемии холеры повсеместно стали «ослабевать». Зимой 1849–1850 гг. холера давала о себе знать отдельными случаями во многих местах Европы, но общее количество заболевших было невелико. С наступлением теплого времени года обнаружились новые эпидемии, но пандемия уже теряла свою силу. В 1853 г. холерная пандемия начинается как бы заново. По своей сути, это была уже новая пандемия, но так как предыдущая тогда еще не закончилась, то их, после ожесточенных дискуссий, решили объединить в одну. Своей высшей точки эпидемия достигла в августе, когда холера распространилась по всей территории России, «проникнув» далеко в Сибирь, в Тобольскую и Томскую губернии. Чудовищно пострадала от холеры Северная Европа. В Италии в 1854 г. холера достигла невиданных ранее размеров.
В 1856 г. территории, занятые холерой, начинают сокращаться. Эпидемии отличаются гораздо меньшей напряженностью. В 1859 г. произошло резкое усиление холеры в России, в Германии, Бельгии, Испании, Дании и Швеции. Но с 1860-го по 1862 гг. пожар холерной пандемии в Европе, Африке и Америке угасает. В Азии холера в эти годы продолжала свирепствовать в Индии, Китае, Японии, а также в Персии, Афганистане, Хиве, Туркестане, Месопотамии и Аравии. В 1860-м и 1861 гг. в России отмечены лишь единичные заболевания. До 1865 г. случаи холеры на территории России не регистрировались. С 1863 г. Европа и Америка уже не имели у себя холерных вспышек.
Всего за время третьей пандемии в Европе заболело около 6 млн и погибло около 2,5 млн человек. Из них около 1,7 млн заболеваний с 40 % смертности приходится на Россию (Архангельский Г. Ф., 1874).
В России холера объявилась 1 августа 1865 г. в Подольской губернии, Балтском уезде, в селении Боршах. В тот год холера распространялась весьма медленно и имела ограниченные размеры. Она ни в одной из пораженных губерний не достигала такой степени интенсивности, как в 1848-м или 1830 гг. Эта эпидемия в России как бы составляла только окраины района будущей эпидемии, имевшей центральное гнездо в других местностях. Всего в Европейской России в этом году холерой заболело 13 315 человек, из них погибло 4177.
В следующем году очаги холеры начали вспыхивать с запада на восток и с юга на север, «пропуская» огромные территории.
Главным центром эпидемии в Европейской России в тот год была местность, занимаемая Бессарабской областью и Подольской губернией. Интенсивность эпидемии (% умерших на 1000 жителей) в Бессарабской области составила 6,5 %, в Подольской — 5,4 %. В губерниях же, окружающих эту местность, интенсивность эпидемии была еще меньше. Далее интенсивность эпидемии была очень слабо выражена в губерниях, лежащих на юго-востоке от этой местности. Но губернии, расположенные по направлению на восток и на север, были поражены сильнее. Всего в этот год в России зарегистрировано 298 853 холерных больных, из них умерло 72 386.
В Европе холера, видимо, приобрела значительно более тяжелый характер, чем в России. Только в Австрии в 1866 г. умерло от холеры почти столько же людей, сколько и в России — 234 920. В 1867 г. заболеваемость холерой повсеместно снизилась, но в 1871–1872 гг. Россия вновь вступает в полосу холерных катастроф. В 1871 г. наибольшей интенсивности холерная эпидемия достигла в Тамбовской (6,7 %), Воронежской (5,0 %), Ярославской (6,2 %), Московской (5,6 %) и Могилевской (5,0 %) губерниях. Всего в Европейской России холерой тогда заболело 322 711 человек, из них умерли 124 831. В 1872 г. центр эпидемии вновь сместился на местность, занимаемую губерниями: Киевской (интенсивность эпидемии 9,0 %), Подольской (6,6 %), Волынской (6,4 %), Черниговской (6,0 %), Полтавской (5,0 %), Екатеринославской (5,7 %) и Могилевской (5,0 %). Холерой заболело 310 697 человек, из них погибли 113 196.
В 1873–1874 гг. азиатская холера прекращается на всей территории Европы и России. Во всяком случае, так тогда считали. Во время этой пандемии было установлено, что напряженность холерных эпидемий отнюдь не растет пропорционально увеличению и улучшению путей сообщения и перевозочных средств.
В 1884 г., 26 апреля, когда все прилегающие к Средиземному морю страны, не исключая Египет, не имели ни одного холерного заболевания, холера неожиданно «занеслась» во Францию, в Тулон и в Марсель. Затем она очень быстро распространилась почти на всю южную Францию, где проявила себя в «мягкой форме» (в 280 местах было выявлено около 12 тыс. заболевших и 5 тыс. смертельных исходов, тогда это считалось «мягкой формой эпидемии»). В августе холера проникла в Италию, «прорвавшись сквозь карантины», вернее вообще мимо них. Сначала холера появилась в Северной Италии (Специя), а затем в Неаполе, Женеве, северной Франции, в Париже. Началось очередное холерное побоище. За 1884 г. население Европы потеряло от холеры 21 тыс. человек. Но с этого времени началось неуклонное, хотя и неровное, скачкообразное распространение холеры по странам мира. Волны эпидемий как бы перекатывались с одного континента на другой, нередко возвращаясь и давая новые эпидемические взрывы в странах, где незадолго перед этим, как казалось, болезнь совсем исчезла.
В Российской империи холера началась в мае 1892 г. Первый случай болезни, по данным Д. И. Впрюжского (1895), консультанта Николаевского военного госпиталя, имел место в ауле Кахки, расположенном вблизи станции Закаспийской железной дороги. Так как холерный вибрион уже был открыт Кохом, то объяснение начала эпидемии не вызвало никаких затруднений — холера
18 мая, т. е. через 6 дней после начала эпидемии в Мешхеде (Персия), здесь заболел холерой торговавший в селении хивинец и к вечеру 19 мая умер. Последующим дознанием установлено, что сам хивинец до своей болезни не отлучался из аула и не получал товаров из местностей, пораженных холерой. Но впоследствии выяснилось, что за 4 дня до его заболевания в аул прибыл из персидского города Арчиньян перс, который заболел холерой 24 мая (!) и в тот же день умер. В соответствии с контагионистиче скими воззрениями Коха, этого человека, умершего от молниеносной холеры, назначили «переносчиком холерной заразы из Персии в Закаспийскую область».
Вскоре холера появилась в Астрахани и стремительно распространилась вверх (!), против течения Волги. Холерные эпидемии вспыхнули в Ставропольской губернии, в Терской и Кубанской областях до Ростова-на-Дону. Затем она распространилась по всему югу России. К началу
В 1895 г. большая эпидемия наблюдалась только в Волынской губернии, где заболело 28 тыс. человек. В том же году холера появилась на Дальнем Востоке, в Приморье, но ограничилась там небольшой эпидемией. Всего она зарегистрирована в 10 губерниях страны. Этот год был последним холерным годом в России в XIX в. В 1897 г. холера почти исчезает с мировой сцены, и только в некоторых азиатских странах тлеют еще искры пожара эпидемии. Пятая пандемия холеры считается закончившейся.
После 1926 г. холера снова становится болезнью, локализованной в определенных районах Азии. Такое благополучие, длившееся почти 34 года, само по себе загадочно, так как приходится на период Второй мировой войны. Несмотря на колоссальные миграционные потоки людских контингентов, значительную активизацию холерных очагов в Индии, она не получила пандемического распространения.
В послевоенный период «торжество человеческого разума, победившего грозную болезнь», уже стало столь очевидным, что не требовало никаких доказательств. В 1958 г. на Всемирной ассамблее здравоохранения было заявлено, что холера больше не представляет реальной угрозы человечеству и идет на «спонтанное исчезновение». Инфекцию же, вызываемую вибрионом Эль Тор, рекомендовано вообще не считать холерой. Но, видимо, не все решения, которые принимает человек, становятся обязательными для природы. В 1961 г. началась
Таким образом, по пандемиям холеры XIX–XX вв. мы наблюдаем ту же закономерность, что и по пандемиям чумы в XIV–XIX вв., только «сжатую» по времени. Первая пандемия (1817–1823 гг.) с предшествующими ей вспышками в разных регионах мира
Пандемии гриппа. По мнению отдельных исследователей, вирус, возбудитель гриппа, поддерживается в природе как сапроноз (см. работу Э. И. Коренберга, 2006). Такой же вывод можно сделать, анализируя некоторые особенности гриппозных эпидемий и пандемий (более подробно см. разд. 2.1). Тогда первичный резервуар вируса гриппа относится к водному типу. Основные хозяева вируса — простейшие.
Эпидемиология гриппа при внимательном изучении отдельных эпидемий любой из известных пандемий далеко не так очевидна, как это представляется в отдельных учебниках для медицинских вузов (например, у Шуваловой Е. П. с соавт., 2001).
Наиболее часто историки медицины первую эпидемию гриппа относят на 1173 г., когда была описана серия из следовавших друг за другом эпидемий лихорадочной катаральной болезни в Италии, Германии и Англии. С середины XVI в. грипп не сходит со страниц эпидемиологической хроники, поэтому я не буду описывать его историю до пандемии 1889–1892 гг., предшествовавшей смертоносной «испанке» 1918–1921 гг. Более подробно с историей пандемий гриппа можно знакомиться по работам Г. Гезера (1866), Н. А. Протасова (1891) и Г. Ф. Вогралика (1935). Ниже приведу только отдельные закономерности, прослеживающиеся в описаниях этих пандемий.
1. Большинство зафиксированных пандемий гриппа имели двух- или трехволновый характер и не сопровождались большой смертностью населения. Например, пандемии 1780–1782, 1830–1833 и 1889–1892 гг.
2. Обычно большое число погибших наблюдается во время вспышек гриппа, привязанных к отдельным местностям и/или этническим группам. Например, вспышки гриппа в Сибири в 1843-м и 1858–1859 гг. смертельными были только для некоторых «туземных» народностей; пандемия 1729–1730 гг. наиболее тяжелые осложнения дала в отдельных местностях в Соединенном Королевстве и в Италии.
3. Гибель людей во время пандемий и вспышек гриппа имела место на фоне осложнений со стороны органов дыхания (пневмонии, плевриты, абсцессы), поражения ЦНС (помрачение сознания, энцефалиты, гипертермия и др.), нарушения гемодинамики (обычно описывается врачами как «нарастающая слабость») и системы свертывания крови (петехии, кровотечения и кровоизлияния различной локализации). За время одной пандемии на разных территориях и в разных этнических группах характер таких осложнений был различным (например, у бурят и русских во время вспышек гриппа в Сибири в 1858–1859 гг.).
4. «Скорость» распространения гриппа по планете во время масштабных пандемий прошлого практически не отличалась от той, которую приписывают современным пандемиям, объясняя это явление возросшей способностью человека к перемещениям. Например, пандемия 1580 г., начавшись в июне одновременно в Сицилии и в Нидерландах, «обошла» в течение 6 месяцев всю Европу и распространилась на Североамериканский континент, Африку и на Восток. Пандемии 1780–1782, 1847–1847, 1889–1892 гг. распространялись с той же скоростью, что и пандемии «испанки», Азиатского гриппа или Русского гриппа в ХХ в.
5. Нет территорий, для которых было бы установлено, что именно с них всегда начинаются пандемии гриппа, сама пандемия может «двигаться» в разных направлениях. Например, масштабная эпидемия гриппа 1510 г., охватившая почти всю Европу, началась на Мальте и «двинулась» на север, северо-восток и северо-запад. Пандемии 1557-го и 1580 гг. начинались на Сицилии и распространялись в направлении с запада на восток. Пандемия 1729–1730 гг. «шла» с востока на запад, начавшись в России в апреле 1729 г. С разных направлений могут «двигаться» и волны, составляющие одну пандемию. Грандиозная пандемия 1780–1782 гг. состояла издвух волн:
началась в Китае в сентябре.
Кратко по работам А. Перуанского (1919); П. И. Диатроптова с соавт. (1919); Н. А. Старковой (1921); А. А. Садова (1927); Д. М. Российского (1942); К. Г. Васильева, А. Е. Сегала (1960); А. А. Смородинцева, А. А. Коровина (1961); О. В. Барояна (1967); Х. Андревса (1970); Д. М. Злыдникова с соавт. (1971); Г. Л. Ерусалимчика с соавт. (1971); Г. И. Карпухина (1985), рассмотрим пандемии конца XIX и ХХ вв.
Во время этой пандемии катаральные симптомы отошли на задний план. Резко бросались в глаза крайняя степень прострации, слабость и угнетенность; часто наблюдалась также боль во лбу, в глазных яблоках и в мышцах. Длительность болезни была 3–5 дней; в тяжелых случаях часто развивались бронхиты и пневмонии, особенно в конце эпидемии; но общая смертность, зависевшая в ту пандемию главным образом от легочных осложнений, была незначительна. По данным серологической археологии, пандемия 1889–1892 гг. была вызвана вирусом серотипа Н2N2.
После большой пандемии 1889–1892 гг. в Европе продолжали появляться небольшие эпидемии гриппа. Наиболее тяжелая из них охватила Европу в конце XIX века. Но даже во время Первой мировой войны грипп появлялся сравнительно редко.
По своей клинической картине болезнь в некоторых группах населения напоминала легочную чуму. Последнее обстоятельство в связи с массовостью заражения людей и быстрым распространением гриппа по Западной Европе, с одной стороны, внезапным началом и бурным течением болезни с частыми летальными исходами — с другой, обратило на себя общее внимание и создало у современников, знакомых с гриппом только по пандемии 1889–1892 гг., взгляд на эту болезнь, как на новое эпидемическое явление. Но это не так. Исторические источники свидетельствуют, что пандемия «испанки» была не первой из пандемий гриппа, сопровождавшейся большой смертностью населения (табл. 18).
Годы | Масштабы | Клинические особенности
1580 | Европа, Североамериканский континент, Африка, Восточные страны | Подробностей нет, но отдельные вспышки по смертности сравнивали с чумой
1626 | Италия, южная часть Франции | То же
1729–1730 | Европа, Россия | По смертности сравнивали с чумой. Наиболее тяжело болезнь протекала в Италии, Соединенном Королевстве (Лондон), Испании и Франции (Париж). Респираторные и геморрагические явления, нарушения гемодинамики, симптомы поражения ЦНС. В Англии наблюдали петехиальные сыпи
1836–1837 | Австралия, остров Ява, Индия, Южная Африка, Европа, Россия | По смертности сравнивали c холерой (эпидемии чумы в Европе уже прекратились и были забыты). Тяжелое течение болезни отмечалось в Западной Европе. Пневмонии, поражения ЦНС, выраженные геморрагические явления, воспаления глаз, какие-то сыпи
1843 | Север Сибири (район не указан) | Очень тяжелое течение болезни среди «туземцев». Основные поражения со стороны легких и ЦНС
1858–1859 | Сибирь (район Иркутска) | Тяжелое течение болезни у бурят. Поражения со стороны легких и ЦНС, геморрагические явления, нарушения гемодинамики, отеки, поражения печени, органов слуха
В конце апреля 1918 г. эпидемия гриппа охватила Париж. Одновременно она вспыхнула в Италии. В
Еще в мае «испанка» объявилась в Северной Африке, а в июне дала первые очаги в Индии (Бомбей, Калькутта, Мадрас). Затем число случаев болезни, достигавшее довольно крупных цифр при очень малой смертности, стало убывать. В августе количество заболевших резко снизилось, что было принято за конец пандемии, но эти эпидемические события оказались только ее
После нескольких месяцев «затишья» накатилась
К концу второй волны из населенных мест остались пощаженными лишь Мадагаскар, Австралия и Новая Каледония, как тогда считали, благодаря рациональным и строго проводимым мерам профилактики. Окончание второй волны относят на конец декабря 1918 г.
Странно только то, что эти пики совпадают во времени (например, Нью-Йорк, Лондон, Париж). Если пандемия распространяется путем перемещения людей, то и максимумы заболеваемости должны бы отражать их перемещения, сначала грипп начался в одном населенном пункте, потом инфицированные вирусом гриппа люди занесли его в другой, пусть даже через Атлантический океан.
В России
Возраст людей, умерших от «испанки», был необычен для гриппозных эпидемий и пандемий прошлого (рис. 66).
В Голландии максимум смертности пал на возраст 14–29 лет, в Египте — 10–20 лет, в Англии — 15–35 лет, в Швейцарии — 20–30 лет; в Южной Африке максимальные потери понесли люди 30–50 лет. Во французской армии в 1918 г. из 408 180 заболевших гриппом военнослужащих умерло 30382 человека (смертность 7,44 %). В Японии в январе 1919 г. насчитали 20 млн больных гриппом и 250 тыс. смертельных случаев (смертность 1,25 %).
«Испанкой» на острове было поражено в основном население Рейкьявика, составлявшее тогда 15176 человек (население острова не превышало 80 тыс. человек). Всего в городе заболело 9016 человек, из них погибло 258, т. е. 2,8 % от числа заболевших. Эпидемия длилась с 26 октября по 6 декабря, умирали пациенты преимущественно в возрасте от 16 до 35 лет. Всего на острове от «испанки погибло 484 человека. Фатальные исходы «испанки» были локализованы в основном в церковных приходах южной и восточной частей острова (рис. 67).
Плотность серого цвета отражает количество заболевших гриппом в данном церковном приходе в абсолютных цифрах. Высота черных столбиков показывает пропорцию фатальных исходов в процентах ко всему количеству населения (прихожан) данного прихода. Рисунок свидетельствует о том, что на разных территориях в эпидемический процесс вовлекались штаммы вируса гриппа с разной вирулентностью для людей. По М. Gottfredsson et al. (2008)
M. Gottfredsson et al. (2008) не получили доказательств того, что погибшие были между собой в родственных отношениях, тем самым они исключили возможность элиминации вирусом гриппа людей близких генотипов.
Если гибель больного не происходила в первые трое суток, то высокая с самого начала болезни температурная кривая в большинстве случаев за этот период времени снижалась, чтобы снова подняться на более или менее продолжительное время, что было связано с развившимися осложнениями или обострением легочного заболевания.
Степень пораженности дыхательного аппарата воспалительными процессами и геморрагическими фокусами в большинстве случаев настолько очевидно не соответствовала степени ослабления сердечной деятельности, что одним ограничением дыхательной территории легких и, следовательно, затруднением доступа кислорода и накоплением СО2 в крови нельзя объяснить такое тяжелое поражение сердечно-сосудистой системы. Раннее развитие цианоза, иногда только при очень незначительных изменениях в легких, явно противоречило бы такому объяснению. Сопоставляя факты раннего расстройства сердечной деятельности с многочисленными кровоизлияниями и кровотечениями из различных слизистых оболочек, гиперемией мозговых оболочек, кровоизлияниями в мозговую ткань, с изменениями лимфатического аппарата, врачи, наблюдавшие пандемию «испанки», считали, что ее возбудитель (тогда за него принимали бактерию Haemophilus influenzae) обладает сильнодействующими токсинами, которые избирательно поражают систему кровообращения человеческого организма.
Иное развитие получает пандемическая волна 1959 г. В отличие от 1957 г. резкое увеличение заболеваемости гриппом начинается в странах Среднего и Ближнего Востока в конце декабря 1958 г. и в начале января 1959 г. В феврале — марте 1959 г. отмечается заметный подъем заболеваемости гриппом в странах Юго-Восточной Азии. В этот период локальные, но крупные вспышки гриппа были зарегистрированы в Индии, Индонезии и Японии. В мае и июне отмечена высокая заболеваемость гриппом в Австралии, особенно на ее северной территории. В мае эпидемической волной гриппа были охвачены страны Африканского континента. В СССР эпидемия 1959 г. распространилась с юго-востока и к середине января охватила весь Советский Союз и ряд ближайших стран.
При серологическом и вирусологическом обследовании больных было установлено, что эпидемическая волна 1957 г. имела строго моноэтиологический характер, и более 90 % заболеваний было связано с вирусом гриппа H2N2. Во время пандемической волны 1959 г. в значительном проценте (до 30) наряду с вирусом H2N2 был выделен вирус типа В.
Случаи гриппа, клинически и патоморфологически сходного с «испанкой» 1918–1920 гг., были единичными, но тем не менее их наблюдали практически в каждом крупном городе как в 1957-м, так и в 1959 г.
Характерной особенностью таких случаев стало быстрое развитие клиники болезни, приводившее к летальному исходу в течение короткого времени, иногда 1–2 дней, а изредка и нескольких часов от начала заболевания. Как правило, симптомы болезни стремительно нарастали, лечение же оказывалось неэффективным даже при использовании антибиотиков. По обнаруженным морфологическим признакам их делили на две группы.
Характерной особенностью гриппозного поражения, особенно во время второй волны эпидемии 1959 г., стало быстрое развитие болезни, зачастую приводившее к летальному исходу в течение одного-двух дней, а изредка и нескольких часов от ее начала, что напоминало «токсические случаи» пандемии гриппа 1918–1920 гг.
Также как и при «испанке», во время пандемии Азиатского гриппа далеко не всегда клинические данные о скоропостижной смерти совпадали с патоморфологическими изменениями, обнаруживаемыми на секции. В большинстве случаев патологоанатомы не имели морфологических доказательств «острого, токсического течения гриппа». На вскрытии в легких во многих случаях не удавалось обнаружить пневмонические очаги, а в остальных была картина мелкоочаговой пневмонии с геморрагиями на фоне отека и полнокровия легочной ткани. В мозгу и внутренних органах отмечались сходные изменения (отек, полнокровие, периваскулярные геморрагии), а в клинике наблюдалась картина резкой «интоксикации» с энцефалитическими симптомами. Большая часть таких случаев относилась к детям раннего возраста.
Общие человеческие потери в пандемию Азиатского гриппа достигли одного миллиона человек (Смородинцев А. А., 1971).
Сообщения о высокой смертности заболевших гриппом людей во время первой волны пандемии поступали в основном из горных районов Папуа и Новой Гвинеи.
Третья волна пандемии дала о себе знать в конце 1970 г. Затем эпидемические волны резко пошли на убыль. Отмечалась тенденция к увеличению легких форм гриппа и снижению тяжелых форм в последние вспышки 1970–1971 гг.
Феномен «испанки», как и в предыдущую пандемию, встречался отдельными «гнездами». В России он обратил на себя внимание врачей в Куйбышевской области. В отличие от других регионов России пандемия гриппа там не воспринималась как «легкая». По данным Л. В. Захаровой (1970), смертность от гриппа в области в эпидемию 1969 г. была в 33 раза выше, чем в эпидемию 1967 г. Особенно высокой смертность была в разгар эпидемии среди детей первых лет жизни.
С самого начала этой пандемии в «гонке по континентам» не оказалось лидера среди серотипов вируса. В начале 1978 г. вирусы серотипа H3N2 (А/Техас/1/77 и А/Виктория/З/75) вызвали эпидемии в Европе, Африке и Азии, а на американском континенте (США, Канада) обосновался вирус гриппа серотипа H1N1. В марте во всех странах Европы и Северной Америки наступило снижение заболеваемости. Причем в это время во многих странах изолировали одновременно штаммы вирусов гриппа A (H1N1), A/Texac/l/77(H3N2) и реже штаммы А/Виктория/З/75 (H3N2). В СССР в осенне-зимний период 1977–1978 гг. этиологическая структура гриппа была смешанной. Если в сентябре 1976-го — апреле 1977 гг. грипп был вызван двумя типами вируса (H3N2 и В), то в те же месяцы 1977–1978 гг. грипп был обусловлен его тремя серотипами (H1N1, H3N2, В).
По поражаемому контингенту и серотипу вируса, вовлеченного в пандемическое распространение, пандемия Русского гриппа напоминал пандемию «испанки» 1918–1920 гг., однако ее последствия были уже иными.
Подводя итоги эпидемии гриппа H1N1 1977–1978 гг. в СССР, Г. И. Карпухин с соавт. (1979) пришли к парадоксальному заключению, что, несмотря на резкую смену антигенной природы эпидемически актуальных возбудителей, рассматриваемая эпидемия оказалась вполне заурядной и даже наименее интенсивной среди всех прошедших в последние 20 лет эпидемий гриппа. Ее наиболее важной особенностью явился сдвиг возрастного распределения больных в сторону преобладания молодых людей, что объясняется только влиянием иммунологических факторов.
В силу массовости охвата населения пандемиями гриппа, воздействие вируса гриппа на генотипическое разнообразие популяций людей должно быть более выражено, чем при пандемиях чумы и холеры. К тому же люди, переболевшие гриппом, в течение почти двух десятилетий сохраняют иммунитет к штамму, вызвавшему пандемию. Поэтому механизмы ограничения пандемий гриппа могут включать не только прекращение активности его природных очагов, но и формирование глобальных иммунных и генетически-резистентных популяций людей. Какой из двух последних факторов является доминирующим в прекращении пандемий гриппа, еще предстоит выяснить. Наблюдения над пандемиями гриппа в ХХ в. дают основания говорить о возможности глобальной многолетней цикличности пандемий гриппа. После пандемии 1918–1920 гг. каждая последующая пандемия гриппа, вне зависимости от типа или серотипа вызвавшего ее вируса (или вирусов), сопровождалась меньшим количеством осложнений, характерных для «испанки», и меньшей смертностью населения, чем предыдущая, что подтверждает выдвинутое нами ранее положение о связи появления осложнений гриппа типа «испанки» с накоплением генотипов людей, высокочувствительных к вирусу гриппа (Супотницкий М. В., 2005). Глобальное снижение восприимчивости населения к вирусу гриппа проявило себя ростом количества циркулирующих на отдельных территориях типов и подтипов вируса, неспособных к «вытеснению» друг друга. Следовательно, в настоящее время мы имеем дело с «хвостом» цикла активизации пандемий гриппа, начало которого уходит в XIX в.
Стадии эпидемических монопроцессов циклического типа. Эпидемии такого типа обычно ассоциируются у людей с морами или поветриями, т. е. с появлениями на отдельных территориях различных инфекционных болезней, уносящих в относительно короткие сроки сотни и тысячи жизней (чума, холера, натуральная оспа и др.). К ним же относятся эпидемии (вспышки) менее смертельных болезней самой различной этиологии, такие как грипп, корь, краснуха, малярия, гепатит А, туляремия, бруцеллез и др.,
Цифрами обозначен порядковый номер хромосомной пары; Х — Х-хромосома; Y — Y-хромосома. Буквенным обозначением показаны локусы, соответствующие повышенной восприимчивости человека к возбудителям: А — шистозомиаза; В — малярии; H, D, C — лепры; F, E и J — туберкулеза; G — туберкулеза и лепры; I — кала-азара. Объяснение в тексте. По А. Frodshan, А. Hill (2004)
Подробно о механизмах генетической устойчивости (восприимчивости) к возбудителям инфекционных болезней см. в работах J. McNicholl (1997); А. Hill (1999); S. Marquet, E. Schurr (2001); A. Frodshan, A. Hill (2004). В табл. 19 охарактеризованы основные гены человека, прямо или косвенно способствующие повышению его восприимчивости или, наоборот, резистентности к возбудителям инфекционных болезней, использующим разные стратегии паразитизма. Так как восприимчивость (резистентность) к возбудителю инфекционной болезни человеческой популяции или этнической группы всегда носит полигенный характер и определяется частотами встречаемости генов, то на стадии «разгара» эпидемии наблюдается множество переходных вариантов одной патологии между типичными формами проявления инфекционной болезни (рис. 70).
Ген(ы) | Вариант(ы) | Болезнь | Что повышается
AB0 | Кровь группы 0 | Холера | Восприимчивость
Альфа-глобин | Талассемиаз | Малярия (Pf) | Резистентность
Бета-глобин | Серповидный, талассемиаз | Малярия (Pf) | Резистентность
G6PD | Дефицитные варианты | Малярия (Pf) | Резистентность
HLA-B | HLA-B53 | Малярия (Pf) | Резистентность
HLA-DR | HLA-DRB1*1302 | Малярия (Pf) | Резистентность
HLA-DR | HLA-DRB2 | Туберкулез | Восприимчивость
HLA-DR | HLA-DR2 | Лепра | Восприимчивость
HLA-DR | HLA-DRB1*1302 | Персистенция HBV | Резистентность
HLA-DR | HLA-DR1*11 | Персистенция HСV | Резистентность
TNF | Промотор 308 | Малярия (Pf) | Восприимчивость
NRAMP1 | 5’ и 3’ варианты | Туберкулез, другие внутриклеточные бактерии | Восприимчивость
Рецептор гамма-интерферона | Различные мутации | Диссеминация вакцины BCG | Восприимчивость
Рецептор интерлейкина 12 | Различные мутации | Внутриклеточные бактерии | Восприимчивость
ССR5[26] | Делеция 32 п. о. | ВИЧ, прогрессирование/инфицирование | Резистентность
А. Разнообразие стертых и субклинических вариантов, образующих непрерывный переход от нормы до выраженных форм типичного проявления болезни. Б. Множество переходных вариантов патологии между типичными формами проявления болезни. По В. Л. Петухову с соавт. (1996).
В разгар эпидемии легочной чумы в Маньчжурии в 1910–1911 гг. двукратная вакцинация убитыми чумными вакцинами не предотвращала заражение людей, поэтому она вызвала такое недоверие у врачей и населения, что русским властям пришлось закрыть специально созданные медицинские пункты, где вакцинация населения осуществлялась бесплатно (Богуцкий В. М., 1911). Но в Индии в конце 1890-х гг. в очагах вяло развивающейся бубонной чумы вакцинация такой же вакциной оказалась весьма успешной (Хавкин В. М., 1899). В 1930-х и в начале 1940-х гг. японцы безуспешно пытались предотвратить сезонные эпидемии
Возможно, что снижение эффективности вакцинации в этом периоде эпидемического процесса вызвано повышенной вирулентностью возбудителя, массированностью инфицирования людей и наличием среди них индивидуумов, высоковосприимчивых к возбудителю болезни.
1 — динамика заболеваний чумой в станице; 2 — движение чумы в домах Беловых; 3 — движение заносов (первичных) из домов Беловых; 4 — движение заносов чумы из ст. Ветлянской в другие селения. Схема составлена Г. Н. Минхом (1898)
По сути, на схеме показаны три разные эпидемии, протекающие одновременно, но вызванные одним возбудителем.
По клиническим проявлениям болезни эпидемия делится Минхом на два периода: 1) с преобладанием бубонных форм (с 28 сентября); 2) с преобладанием безбубонных и в основном ее легочных форм (с 27 ноября).
Первый период эпидемии (предэпидемическая стадия) начался с заболевания 65-летнего казака Агапа Хритонова. Он жаловался на головную боль, слабость, общее недомогание и боль в боку (без кашля и кровохарканья) и, кроме того, у него был бубон под мышкой. Казак умер 2 октября. Далее эпидемия продолжилась единичными случаями бубонной чумы среди жителей станицы со смертностью около 50 % от числа заболевших. Со второй половины ноября злокачественность болезни возросла, в это же время стали появляться случаи заболеваний, не осложненные поражением лимфатических узлов (повышение вирулентности Y. pestis по мере развития эпидемического процесса, является характерной особенностью эпидемий чумы; см. в разд. 2.2). В последней декаде ноября были два случая затянувшейся бубонной чумы с кровохарканьем, закончившихся смертью заболевших. Однако они не привели к распространению легочной чумы по станице, возможно, ее вообще бы там не возникло, если бы возбудитель болезни не попал в семейство Беловых.
Второй период Ветлянской чумы (стадия «разгара» эпидемии) начался в семье богатого казака Осипа Белова. Его сын Федор был женат на Марье Хритоновой. Минх не знал о существовании вторичных крысиных очагов чумы и о возможности развития домовых эпидемий чумы посредством блох, инфицированных Y. pestis. Он считал, что именно от семейства Хритоновых произошел занос «контагия» чумы в семейство Беловых. Однако к моменту заболевания первых Беловых легочной чумой их свояки уже были «выбиты» бубонной чумой, сам Агап умер почти два месяца назад. Всего у Хритоно ых в первом периоде эпидемии было поражено бубонной чумой 9 человек, из которых четверо умерли, но ни один из них не страдал легочной формой болезни. В домах Беловых эпидемия проявляет себя сразу массой почти внезапных смертельных заболеваний (первыми погибли Федор и Марья) с почти полным отсутствием бубонов. Минх подчеркивал, что это обстоятельство могло бы «навести лиц, мало или совсем незнакомых с первым периодом Ветлянской чумы, на мысль о какой-то другой, начавшейся только с Беловых, болезни».
Минх, писавший свой труд в добактериологический период изучения эпидемиологии чумы, легко допускал перенос между семействами абстрактного «контагия». Но он обратил внимание на то, что чума хотя и держалась в первом периоде эпидемии в северо-западном, Царицынском, конце станицы, но во втором периоде она равномерно была рассеяна всюду. Если исходить из существующих сегодня представлений о контагиозности легочной чумы, то каждое пораженное эпидемией семейство должно было вовлекать в нее всех тех, кто находился с ними в контакте. Минх же констатировал тот факт, что близкое соседство даже с наиболее пострадавшими от чумы семействами не имело никакого влияния на распространение болезни по станице. Он отметил отсутствие заболевших во многих домах, расположенных вблизи тех, семейства которых поголовно вымерли. Просматривая метрические записи, Минх увидел в списке умерших все одни и те же фамилии: целые десятки Беловых (табл. 20), много Лобановых, Астаховых, Писаревых, Назаровых и т. д.
Рода семейства Беловы | Число домов вообще | Число пострадавших домов | Число вымерших домов | Число членов семейства | Число умерших (%) | Число оставшихся в живых
Род Белова Ивана | 8 | 8 | 6 | 41 | 36(88) | 5
Род Белова Якова | 4 | 3 | 1 | 24 | 15(62) | 9
Род Белова Игнатия | 3 | 3 | — | 19 | 8 (42) | 11
Итого | 15 | 14 | 7 | 84 | 59 (70) | 25
%-ное отношение к общему числу домов и жителей | 4,7 | — | — | 4,8 | 16 % всех умерших | —
Вывод, сделанный Минхом из этих наблюдений, состоял в том, что «только эти родословные могут досказать нам то, чего не могли открыть свидетели, что только они могли дать нам ясное представление о списке умерших, представляющемся нам, как мы сказали, без знания родословных, простым перечнем имен и фамилий». Следовательно, можно предположить, что второй период Ветлянской чумы — легочный — начался со случайного вовлечения в эпидемический процесс «критической массы» особых человеческих генотипов, у которых инфекционный процесс проявился вторично-легочной формой болезни. Относительная генетическая однородность многочисленных родов Беловых, и особенно членов семейства Белова Ивана, способствовала крайне упорному распространению вторично-легочной чумы по станице и отбору высоковирулентных штаммов ее возбудителя. После достижения «критической массы» из вторично-легочных случаев болезни чума сформировала самостоятельные эпидемические цепочки (без участия эктопаразитов), состоящие уже из первично-легочных случаев («первичные заносы», по определению Минха), это и привело к эпидемической катастрофе, названной впоследствии «Ветлянской чумой».
Снижение вирулентности возбудителей, оторвавшихся от своего природного резервуара и сформировавших самостоятельные эпидемические цепочки, происходит по следующим причинам. Фагоцитирующие клетки позвоночных организмов (т. е. реликтовая система иммунитета), в отличие от своих эволюционных предшественников, не являются свободноживущими организмами, а представляют собой часть иммунной системы более сложного организма и функционируют под ее управлением. Иммунная система распознает макрофаги/моноциты, используемые возбудителем для своего паразитирования и уничтожает их через систему Т-клеточных ответов (см. ниже), тем самым оказывая сильное отрицательное давление на наиболее патогенные микроорганизмы в популяции возбудителя, вызвавшей эпидемию болезни. По этой причине в конце каждой крупной эпидемии от заболевших, но выживших людей, как правило, высеваются маловирулентные штаммы возбудителя инфекционной болезни. Сама же болезнь протекает легко и поддается лечению средствами, оказывающимися бесполезными на пике эпидемии. Лечебные и профилактические мероприятия (включающие серотерапию и вакцинацию), имевшие сомнительный эффект на стадии
Такие эпидемии прекращаются с затуханием природных очагов и под давлением противоэпидемических мероприятий. Благодаря формированию иммунной прослойки среди населения циклические эпидемии способны самоограничиваться даже без проведения противоэпидемических мероприятий. Как правило, после крупных эпидемий данного типа численность населения восстанавливается в течение жизни одного-двух поколений.
Незавершающиесяциклические эпидемические монопроцессы. Не все микроорганизмы взаимодействуют с клетками реликтовой иммунной системы многоклеточных организмов исключительно как паразиты и завершают свой цикл размножения в течение нескольких часов (возбудители чумы, оспы, легионеллеза) или суток (возбудители бруцеллеза). В самом феномене паразитизма много различных оттенков и проявлений. Совместное эволюционное прошлое предполагает возможность развития и более длительных отношений микроорганизмов с макрофагами/моноцитами (см. разд. 2.2, «Микобактерии»). Они могут рассматриваться как симбиотические до тех пор, пока потребление ресурсов клетки медленно размножающимися микроорганизмами не достигнет того уровня, когда существование самой клетки станет невозможным. В позвоночных организмах такие «эндосимбионты» обнаруживаются иммунной системой по общему механизму
узнавания инфицированных фагоцитирующих клеток — по комплексам их антигенов, образованных с молекулами
Для того чтобы «удостоиться чести» быть представленным Т-клеткам на поверхности белков МНС макрофагов, микроорганизм должен активно размножаться и тем самым создавать достаточное для «презентации» количество антигенного материала. У медленно реплицирующихся в макрофагах бактерий этот процесс идет медленно, что приводит к длительному персистированию микроорганизма среди клеток реликтовой иммунной системы без эффективного ответа на них со стороны Т-клеток. Когда все же происходит накопление антигенного материала на поверхности белков МНС, то запускаются Т-клеточные механизмы элиминации инфицированных макрофагов/моноцитов. Эффективная работа таких механизмов зависит уже от «исправности» их самих. У части же людей, вследствие накопления во время длительных
Из-за того что микроорганизмы-эндосимбионты простейших широко представлены в окружающих человека экосистемах, их проникновение в популяции людей имеет массовый характер. Но лишь у незначительной части инфицированных людей, у тех, у которых иммунная система имеет врожденные дефекты, инфекция не обрывается, а проявляется болезнью. Поэтому, для того чтобы началась эпидемия, помимо активизации природного очага возбудителя данной болезни, в проживающей на территории этого очага человеческой популяции еще в
и в течение нескольких лет не погибают, поэтому эпидемия приобретает масштабный характер. Динамика эпидемического процесса и наиболее характерная для него клиническая картина болезни будут зависеть от относительного количества таких лиц в популяции и характера генетических дефектов их иммунной системы (табл. 21).
Инфекционная болезнь | Ассоциации клинических форм болезни с отдельными аллелями генов людей | Популяции
Лепра | MHCкласса II, HLA-DR (лепроматозная и туберкулоидная) | Индийцы, бразильцы
—"— | TNFальфа (лепроматозная) | Индийцы
—"— | NRAMP1 | (лепра per se) (ответы на лепромин в условиях in vivo) | Вьетнамцы
—"— | VDR(лепроматозная и туберкулоидная) | Индийцы
Туберкулез | MHCкласс II, HLA-DR2 (легочный туберкулез) | Индийцы
—"— | HLA-DRB1 (легочный туберкулез) | Индийцы
—"— | HLA-DQB1 (прогрессирование туберкулеза) | Камбоджийцы
—"— | HLA-DQB1 (легочный туберкулез) | Индийцы
—"— | NRAMP1 (легочный туберкулез) | Гамбийцы, канадские индейцы
—"— | VDR(легочный туберкулез) | Гамбийцы
—"— | MBL | (легочный туберкулез, туберкулезный менингит) | Индийцы, цветные
—"— | IL-1Rа/IL-1b (tuberculosis form) | Гуджаратцы
Атипичные микобактериальные инфекции | IFNгаммаR1 | Мальтийцы, тунисцы, итальянцы, германцы, португальцы
—"— | IFNгаммаR2 | Англичане
—"— | IL-12Rb1 | Марокканцы
—"— | IL-12p40 | Пакистанцы
МНС. Для MHC класса II наличие аллели HLA-DR2 определяет предрасположенность к обеим формам проказы. Среди некоторых народов Индии и Бразилии аллель ассоциирована с лепроматозной формой проказы. Среди египтян — с туберкулоидной формой. DQ-аллели, особенно DQw1, ассоциированы с туберкулоидной лепрой среди населения Индии, Кореи, Таиланда и Японии и с лепроматозной формой болезни среди отдельных групп населения Индии и Японии. DQ-аллели встречаются вместе с аллелью HLA-DR2. Аллель HLA-DR3 ассоциирована с туберкулоидной формой проказы среди населения Мехико, Суринама и Венесуэлы. Для отдельных аллелей MHC класса I также установлена связь с развитием разных клинических форм лепры, но пока наблюдения одних исследователей не находят подтверждения в работах других (Fitness J. et al., 2002).
TAP (transporter associated with antigen processing) — это гетеродимерный трансмебранный протеин, состоящий из двух гомологичных субъединиц: TAP1 и TAP2. Он играет основную роль в транспортировке антигенного пептида из цитозоля в эндоплазматический ретикулум (endoplasmic reticulum), где пептид «загружается» в молекулы MHC класса I. Различные комбинации полиморфизма в кодонах 379, 565 и 665 дают восемь TAP2 аллелей (A — H) (Joly A. L. et al., 1998). Из них TAP2-B описана как аллель, ассоциированная с туберкулоидной проказой; TAP2-A/F ассоциирована с тяжелым течением легочного туберкулеза во время вспышек этой болезни среди населения на севере Индии (Rajalingam R. et al., 1997).
TNFальфа (tumor necrosis factor, фактор некроза опухолей) — цитокин, активирующий макрофаги и способствующий презентации антигенов посредством MHC класса II. Является важным модулятором продукции хемокинов, необходимых для эффективной локализации лейкоцитов в очаге воспаления и формирования лепрозной и туберкулезной гранулемы. По данным M. Engele et al. (2002), низкая продукция TNFальфа недостаточна для активизации макрофагов до того уровня, когда они способны убивать микобактерии и/или формировать гранулемы, отграничивающие инфекционные локусы. Повышенная продукция TNFальфа усиливает прогрессирование болезни через локальные повреждения тканей и повышает вирулентность самих микобактерий. Установлено, что повышенное в сравнении с нормой количество TNFальфа усиливает рост M. tuberculosis в альвеолярных макрофагах людей. По мнению тех же авторов, микобактерии «преднамеренно» усиливают продукцию TNFальфа инфицированными макрофагами для «привлечения» к очагу инфекции неинфицированных макрофагов, затеминдуцируют апоптоз инфицированных макрофагов и распространяются по неинфицированным макрофагам.
Наибольшее значение в эпидемиологии проказы имеет аллель TNF*2, ассоциированная с повышенным синтезом фактора некроза опухолей макрофагами. В Бенгальской Индии носительство такой аллели проявляется распространением среди населения лепроматозной формы болезни. В южной Бразилии эта аллель, наоборот, ассоциирована с повышенной устойчивостью к проказе. У бразильцев, больных лепрой, носительство этой аллели проявляется сильными кожными воспалительными реакциями на лепромин (суспензия убитых автоклавированием M. leprae). Чрезмерная продукция TNFальфа ассоциируется также со слизисто-кожным лейшманиазом (Cabrera M. et al., 1995), рубцовой трахомой (Conway D. J. et al., 1997), церебральной малярией (McGuire W. et al., 1994) и фатальными исходами при менингококковых заболеваниях (Nadal D. et al., 1989).
Лимфотоксин альфа (lymphotoxin альфа, LTA; ранее назывался TNFбета). Ген LTA локализован близко к гену TNFальфа и кодирует лимфотоксин — хемокин, секретируемый лимфоцитами и натуральными киллерными клетками. Растворимый альфа-лимфотоксин представляет собой гомотримеры (homotrimers), способные связываться теми же рецепторами, что и TNFальфа. В тоже время гетеродимеры (heterotrimers) формируют связанный с мембраной бета-лимфотоксин, взаимодействующий с рецепторами бета-лимфотоксина. Через эти рецепторы лимфотоксины вызывают плейотропные (pleiotropic) иммуномодуляторные эффекты. Локус HLA класса II, включающий LTA, был связан с чувствительностью бразильцев к лепре. Также с повышенной восприимчивостью к лепре у бразильцев ассоциирован гаплотип TNF*1/LTA*2, но не TNF*1/LTA*1. Эти данные предполагают причастность варианта гена лимфотоксина альфа — LTA*2 в развитии эпидемий проказы в отдельных популяциях населения Бразилии (Shaw M. A. et al., 2001).
Компонент комплемента 4В (сomplement component 4B, C4B). Отсутствие у отдельных лиц экспрессии гена белка C4B (аллель C4B*Q0) ассоциируется в Бразилии с лепроматозной формой болезни и таким ее клиническим проявлением, как узловатая лепрозная эритема (еrythema nodosum leprosum, ENL) (Messias I. J. de et al., 1993).
Белок теплового шока 1А массой 70 кДа макрофагов (heat shock 70 kD protein 1A, HSPA1A). Установлена ассоциация аллели HSPA1A-A с туберкулоидной формой болезни в популяциях населения на севере Индии (Rajalingam R. et al., 2000).
Белок SLC11A1 (solute carrier family 11 member 1, другое название белка NRAMP1). Биохимическая функция белка полностью не ясна, но есть основания считать, что он причастен к функции фагоцитоза у макрофагов и к «представлению» ими антигенов Т-хелперам. Первые прямые доказательства причастности мутантных аллелей этого гена к развитию проказы получены при изучении эпидемиологии болезни среди населения Южного Вьетнама (Abel L. et al., 1995). Подробнее см. ниже «Врожденная недостаточность функции фагоцитоза».
Тулл-подобный рецептор 2 (TLR2). Рецепторы данного типа (TLRs) способны активировать транскрипцию генов, регулирующих иммунные ответы. TLR2 отвечает на многие микробные компоненты, включая липопротеины и липоарабиноманнан (lipoarabinomannan). Мутации гена TLR2 обычно связаны с развитием лепроматозной формы болезни у жителей Южной Кореи (Kang T. J., Chae G. T., 2001).
МНС. Играет ключевую роль в контроле над чувствительностью к инфицированию M. tuberculosis. Выявлена связь между легочной формой туберкулеза и специфичностью HLA. HLA-DR2 и — DR3 ассоциируются с легочным туберкулезом и туберкулоидной проказой. HLA-DR2 определяет восприимчивость больного к легочному туберкулезу, резистентному к лекарственным препаратам (Singh N. et al., 1997; Fitness J. et al., 2002).
Врожденная недостаточность функции фагоцитоза. На хромосоме 2q35 человека был идентифицирован ген NRAMP1 (natural resistance-associated macrophage protein gene 1, другое название SLC11A1), гомологичный мышиному Bcg-гену, который придает мышам резистентность к бациллам Кальмета и Герена и к возбудителю лепры. Все четыре мутантных типа (аллели) этого гена связаны с туберкулезом. Отдельные аллели гена с необыкновенно высокой частотой преобладают в восточно-африканской популяции, но редко встречаются в европейских. Это наблюдение может частично объяснить более высокую, в сравнении с другими этническими группами, чувствительность африканцев к туберкулезу. (McNicholl J. 1998). Нетранслируемый ген NRAMP1 у жителей Гамбии ассоциируется с открытыми формами легочного туберкулеза и, следовательно, с передачей M. tuberculosis по эпидемической цепочке — от одного заболевшего к другому (Hill A., 1999). Установлена ассоциация N02C-аллели NRAMP1 у детей различных этнических групп, живущих в Большом Хьюстоне (США), со злокачественным течением туберкулеза (Malik S. et al., 2005) (рис. 72).
Указаны номера экзонов, участок инициации трансляции (translational initiation, ATG), терминирующая последовательность (Stop) и расположения различных генных полиморфизмов в отношении интрон-экзонной организации гена (приведены на левой стороне схемы). Используются принятые обозначения генного полиморфизма: микросателлитный повтор (microsatellite repeat), снипс (single nucleotide polymorphism, SNP), вставочно/делеционный полиморфизм (insertion/deletion polymorphism, INS/DEL). Указано количество семейств жителей Большого Хьюстона, включающих по крайней мере одного гетерозиготного носителя полиморфного гена NRAMP1. По S. Malik et al. (2005)
Врожденная недостаточность системы интерферона. Мутация в гамма-интерфероновом рецепторе 1 (IFNгамма Rl) приводит к диссеминации малопатогенных микобактерий. Ген IFNгамма Rl расположен в регионе хромосомы 6q22q23. Мутация в гене приводит к отсутствию экспрессии рецептора на поверхности клеток. Мутация часто обнаруживается в семьях больных туберкулезом (Newport M. et al., 1996).
Врожденная низкая усвояемость витамина D. Рецептор витамина D (vitamin D receptor, VDR) является неядерным рецептором, его ген находится на 12q12–q14. Посредством этого рецептора модулируются цитокино вые ответы Т-клеток. Одновременно этот генотип ассоциируется с повышенным риском развития остеопорозов (McNicholl J., 1998).
Маннозасвязывающий лектин (mannose-binding lectin 2, MBL2). Ген расположен на 10q11.2–q21, кодирует кальцийзависимый маннозасвязывающий лектин, найденный в сыворотке. MBL связывается с терминальными маннозными группами на поверхности различных бактерий. Тем самым он инициирует активацию комплемента (классический путь) и механизм опосонофагоцитоза (opsonophagocytosis), независящего от антител и Clq (одна из трех субъединиц белка Cl комплемента, в ее составе имеется рецептор для связывания с Fc-фрагментом антитела). Мутация в экзоне 1 MBL2 снижает концентрацию MBL в сыворотке, вероятно вследствие интерференции с олигомеризованным белком. Низкие уровни MBL могут быть связаны с рекуррентными инфекциями у маленьких детей. Мутация в экзоне 1 у отдельных этнических групп ассоциируется с менингеальным туберкулезом (Hoal-Van H. et al., 1999).
Стадия «разгара» незавершающейся циклической эпидемии предполагает максимально возможное инфицирование лиц с вышеперечисленными дефектами иммунной системы. Самостоятельное угасание эпидемии данного типа возможно. Оно происходит по тем же причинам, которые указаны выше для циклических монопроцессов. Но продолжительность такой эпидемии может превышать продолжительность жизни нескольких поколений людей.
Древность взаимоотношений микроорганизмов и простейших, сложность и разнообразие формируемых ими экосистем, их подверженность внешним воздействиям находят свое отражение в грандиозных природных явлениях, воспринимаемых нами как пандемические процессы.
1.
2.
3.
4.
этих болезней на данных территориях получили возможность для активного размножения и селекции вирулентных штаммов среди многочисленных видов простейших, с которыми они взаимодействуют как паразиты (см. в разд. 2.1, «Границы феномена сапронозного существования патогенных для людей микроорганизмов»). Вирулентные штаммы возбудителя инфекционной болезни в больших количествах попадали в среду, окружающую человека, и инфицировали многочисленные группы населения по одному из механизмов передачи, не считающегося сегодня основным (например, алиментарным путем во время пандемии гриппа 1918–1920 гг.; см. работу Lynch С. и Gumming J., 1919). Но после инфицирования какой-то критической массы населения возбудитель инфекции формировал самостоятельные эпидемические цепочки, т. е. он «отрывался» от первичного резервуара. С этой точки зрения понятно почему вирус гриппа, получивший эпидемическое распространение в пандемию 1918–1920 гг. не был «эпидемической новинкой» 1918 г. Его «предковый» вариант «проник» в отдельные человеческие популяции приблизительно в 1900 г. и циркулировал там почти 18 лет, не вызывая пандемии. Да и после пандемии до 1930-х гг. он поддерживался среди свиней, не вызывая серьезных эпидемических проблем. Пандемия «испанки» началась не благодаря тому, что новый вирус начал свою циркуляцию в популяциях людей, а вследствие активизации в 1918 г. его первичных природных резервуаров среди гидробионтов и массивного вброса с водой этого вируса в популяции людей и позвоночных животных, находящихся в окружении человека.
5.
6.
4.2. Пандемические и эпидемические процессы, вызываемые паразитами, использующими стратегию второго типа
Такие пандемические и эпидемические процессы могут рассматриваться как нециклические только в масштабах времени, воспринимаемых человеком. Именно в таком понимании я использую данный термин в этой работе. Варианты «завершения» нециклических эпидемических и пандемических процессов рассматриваются ниже.
4.2.1. Терминология
Трудности терминологии для пандемических и эпидемических процессов нециклического типа. Термины, применяемые для описания природной очаговости возбудителей циклических инфекций (см. разд. 4.1.1), могут быть использованы для описания механизмов поддержания и вовлечения в эпидемические процессы возбудителей нециклических инфекций, если удастся получить прямые доказательства их существования среди простейших обитателей почв или гидробионтов. О том, что такие открытия не столь уж отдаленная перспектива эпидемиологии, говорит эндемичность отдельных ретровирусных инфекций. Например, возбудитель Т-клеточного лейкоза, ретровирус HTLV-1 (по ряду свойств он мало отличается от ВИЧ), эндемичен для юго-западных районов Японии, особенно префектур Кюсю и Сикоку; а также для стран Карибского бассейна. Замечено, что для людей, родившихся в эндемичных по HTLV-1 областях и переехавших в раннем возрасте в неэндемичные районы, сохраняется высокий риск развития Т-клеточного лейкоза (Сарнгадхаран М. Г. с соавт., 1989). Ретровирусы могут распространяться жалящими насекомыми (слепни, комары, мухижигалки и др.), как, например, ретровирус — возбудитель инфекционной анемии лошадей (Бакулов И. А. с соавт., 1997). Данное обстоятельство показывает возможность поддержания паразитических микроорганизмов, вызывающих нециклические инфекции у людей, в сложных экосистемах, включающих как их первичные, так и вторичные природные очаги. Они, как и возбудители циклических инфекций, должны иметь свои усилители природных резервуаров и активизироваться (угасать) в результате изменений в окружающей среде (см. разд. 4.1.1). Выявление экосистем, включающих ретровирусы, — дело недалекого будущего.
Распространение среди людей микроорганизмов, использующих вторую стратегию паразитизма, происходит в иных временных масштабах, чем мы привыкли придерживаться при описании циклических эпидемических процессов. На примере ретровирусов мы видим возможность существования одних и тех же паразитических микроорганизмов миллионы лет то в эндогенной, то в экзогенной фазах у видов, сменяющих друг друга в процессе эволюции (см. разд. 1.2 и 1.3 и рис. 4). Поэтому для описания эпидемических процессов, вызываемых паразитическими микроорганизмами второго типа, необходима
Терминология привычного для человека масштаба времени. Здесь я обращаюсь к исследованиям доктора географических наук Д. В. Николаенко (2005, 2006, 2007), самостоятельно разработавшего терминологическую базу описания таких эпидемий и пандемий на примере ВИЧ/СПИД-эпидемии, наблюдаемой им в ЮАР.
Подходы к исследованию ВИЧ/СПИД-пандемии у нас с Д. В. Николаенко схожи в том, что мы рассматриваем ее как нециклический природный процесс. Но Д. В. Николаенко называет такие эпидемические процессы диффузией (
Благодаря наличию обеих составляющих — временной и пространственной — в описаниях нециклических эпидемических (пандемических) процессов, у исследователей появляется возможность выделять различные блоки. Среди них: м
1) эпидемические очаги как населенные пункты;
2) эпидемические очаги как функциональные центры;
3) эпидемические очаги как инвестиционные проекты в районах пионерного освоения территорий.
Все они формируют
В силу развития
При выходе ее представителей за пределы исконной территории обитания сформированные ранее доминирующие биологические характеристики сохраняются. В том числе сохраняются и некоторые признаки адаптационного характера. Это может делать людей более или менее уязвимыми к возбудителям определенных инфекционных болезней за пределами их традиционных территорий проживания. Частным выражением эволюции СКС является различный характер эпидемических процессов, которые происходят с их участием. Наиболее полное выражение это имеет в естественной структуре заболеваемости населения, характерной для определенного района СКС.
При исследовании достаточно большого массива информации по эпидемии ВИЧ/СПИД можно определить связь, характеризующую эпидемическое давление одной территории на другую. Эпидемическое давление меняется по мере формирования пространственно-временной структуры эпидемии ВИЧ/СПИД. Изменение достаточно медленное (с точки зрения человека), сроки изменений в пять-десять лет.
Несколько лет эпидемические показатели территорий могут быть однопорядковые. Затем они могут меняться в сторону увеличения или снижения. Это связано с эволюцией морфологической структуры эпидемических очагов, составляющих данную эпидемию ВИЧ/СПИД (пример такой структуризации см. в разд. 4.2.3, «Морфологическая структура эпидемических очагов нециклического типа»). Например, совокупность неких
4.2.2. Нециклические пандемические и эпидемические процессы
К настоящему времени у нас нет других свидетельств завершения хотя бы одного эпидемического (эпизоотического) процесса, вызванного паразитом, использующим вторую стратегию, кроме эндогенных ретровирусов в геноме человека. Поэтому у меня нет возможности показать стадии развития нециклического эпидемического процесса на разных конкретных примерах, как это сделано в разд. 4.1.2. Ниже мы их рассмотрим в пределах условного процесса, межэпидемический и предэпидемический период которого «списаны» с ВИЧ/СПИД-пандемии (рис. 73).
Типовые периоды нециклического эпидемического (пандемического) процесса. В глобальном масштабе этот процесс не может осуществляться равномерно и с одинаковой скоростью, так как на пути распространения возбудителя нециклической инфекции стоят территориальные и политические границы, скорость его распространения различна в разных СКС, различается также и восприимчивость к нему различных этносов и групп населения. Существуют и другие факторы, тормозящие или ускоряющие ход пандемии, их мы рассмотрим ниже, однако все они имеют значение только на отрезках времени, сопоставимых по продолжительности с различными социальными, политическими и иными событиями в жизни людей.
Отсутствие иммунной прослойки среди населения и передача между хозяевами возбудителя инфекции половым путем являются причиной того, что в бесконечно больших панмиксных популяциях хозяина продолжительность эпидемического (пандемического) процесса может соответствовать продолжительности его существования как биологического вида.
В
В научных журналах публикуются описания казуистических случаев тяжелых форм туберкулеза, отмечается рост внелегочных форм этой болезни, врачи общих стационаров иногда сталкиваются с пневмониями, неподдающимися лечению антибиотиками и вызванными какими-то редкими, малопатогенными возбудителями, по большей части остающимися неидентифицированными. Сведения о них иногда попадают в учебники по внутренним болезням в виде коротких справок, набранных мелким шрифтом (например, о цитомегаловирусной пневмонии).
К концу этого периода на отдельных эндемических территориях формируются
А. Эволюционное древо ВИЧ, построенное с помощью MrBayes-анализа полных генов env. Свидетельствует о появлении у людей данного типа вируса в Центральной Африке южнее Сахары (sub-Saharan Africa) в 1950-х гг., заносе его сначала на Гаити около 1966 г. (1962–1970 гг.), затем в США (1966–1972 гг.) и в другие страны. Б. Консенсусное древо (consensus tree) по типу молекулярных часов. Для его построения использовались образцы тканей людей, умерших от СПИДа, сохранившиеся на Гаити. Верхушка древа соответствует году отбора первой пробы
ВИЧ группы М субтипа В сегодня наиболее широко представлен среди других вариантов ВИЧ. Большинство распространяющихся вирусов данного подтипа появились на Гаити в 1960-х гг. В США ВИЧ субтипа В циркулировал, по крайней мере, за 12 лет перед тем как была распознана пандемия ВИЧ/СПИДа (Gilbert M. et al., 2007). Рис. 74 также свидетельствует о том, что пандемия ВИЧ/СПИДа началась не менее 50-ти лет назад. Любопытно и то, что в 1950-е гг. она не только не получила широкого распространения, но и оборвалась. О возможных причинах этого явления см. в разд. 4.2.3.
Уже в этот период эпидемического процесса упускаются имеющиеся возможности по разрыву эпидемических цепей. Инфицирование населения и формирование микроочагов ускоряются медицинскими манипуляциями. Когда инфицирование населения достигает некой критической массы, лицам, занимающимся исследованием статистики инфекционной заболеваемости, становится очевидным ухудшение эпидемической обстановки. Обращают на себя внимание необычные инфекции в отдельных СКС. Причины же ухудшения эпидемической ситуации остаются неясными. Эпидемический процесс входит в
Эпидемии по-прежнему проявляют себя тяжелыми инфекционными осложнениями, вызванными таксономически мало связанными между собой патогенами, ранее редко встречавшихся врачам. На фоне экономического благополучия регистрируется рост социальных болезней (туберкулез, особенно его внелегочные формы; чесотка; проказа и др.). Большое количество жертв при массовых вакцинациях, уже превышающее количество жертв той болезни, от которой такая вакцинация проводится, заставляет органы здравоохранения отказаться от ряда прививок. Например, с 1920-х гг. противооспенная вакцинация становилась все более обременительной для здравоохранения, так как она сопровождалась нарастающим количеством случаев поствакцинальных энцефалитов, вакцинальной экземы и прогрессирующей вакцины («progressive vaccinia») (рис. 75).
А. Прогрессирующая вакцина у вакцинированного ребенка с нераспознанным лейкозом. По D. Maurer et al. (2003). Б. Ребенок, умерший от прогрессирующей вакцины, причины которой так не были установлены. По А. Braude et al. (1986)
В стационарах растет количество больных с диареями и пневмониями, вызванными малозначимыми ранее возбудителями. Появляются первые научные работы, описывающие типичные формы новой инфекционной болезни и вызывающих их микроорганизмов. Постепенно становится ясной ее этиология. Требуется осмысление новой эпидемической реальности, однако этого не происходит. На основе ложных представлений об эпидемическом процессе принимаются неверные управленческие решения. Борьба с новой инфекцией строится на основе опыта борьбы с инфекциями, вызываемыми паразитами, использующими стратегию первого типа, и поэтому изначально она обречена на неудачу. Активно «создаются» вакцины, подбираются химиопрепараты, разрабатываются методы химиотерапии.
Так как клетки-хелперы (CD4+-клетки) избирательно элиминируются ВИЧ, то не происходит индукции адаптивных CD8+-клеток и эффективных В-клеточных ответов на использованный для вакцинации вирус вакцины (Vaccinia virus, VACV). Соответственно не вырабатывается вирусспецифический иммуноглобулин, играющий основную роль в блокировании ортопоксвирусных инфекций (см. разд. 3.1). До обнаружения пандемий ВИЧ/СПИДа и Т-клеточного лейкоза многие случаи осложнений, показанные на рисунках, были связаны с инфицированием людей этими ретровирусам. Но только в 1980-х гг., уже после глобальной ликвидации ВНО и прекращения массовых вакцинаций, стала ясна причина прогрессирующей вакцины. D. Zagury (1991) описал осложнения противооспенной вакцинации у рекрутов в виде широкого некроза в участке подкожного введения вакцины, приведшего к гибели 3 человек из 8, у которых ретроспективно был установлен СПИД. У лиц, погибших после вакцинации, количество CD4-клеток было менее 50 в мм3.
Возбудитель болезни распространяется на отдельные социальные группы населения, проникает в отдельные СКС в результате ошибок и несчастных случаев, например, переливания инфицированной крови или каких-то хирургических манипуляций. Иммунитет населения ослабевает, отмечается рост онкологической заболеваемости. В эпидемических центрах (очагах) снижается средняя продолжительность жизни за счет смертности среди лиц, недостигших 30-летнего возраста. Но новая пандемия не кажется еще опасной и даже сулит новые перспективы ученым в виде грантов, ассигнований, новых должностей и наград. Начинают стихийно формироваться весьма разнообразные силы, заинтересованные в отсутствии вообще каких-либо противоэпидемических мероприятий. Теперь и их деятельность становится проявлением нового пандемического процесса.
1. Поскольку возбудитель болезни передается половым путем и в первую очередь поражает людей с рискованным сексуальным поведением и гомосексуалистов, то любые противоэпидемические мероприятия должны сказаться на «интересах» прежде всего этих, весьма широких и элитарных групп населения. Поэтому через СМИ у населения формируется определенный стандарт восприятия пандемии, как распространения неопасной болезни, при которой важно не предотвращение инфицирования его, населения, а соблюдение прав «инфицированных». Фальсифицируются биографии знаменитых людей, в соответствии с которыми они были инфицированы возбудителем этой болезни (как, например, биография певца Фредди Меркьюри, о котором говорили, что он умер от СПИДа; более подробно о причинах его смерти см. в книге Ахундовой М., 2005) Такой подход к освещению пандемии в СМИ агрессивно поддерживают личности, страдающие комплексом самоуничтожения и всякого рода вырожденцы. Среди отдельных групп людей, нежелающих изменять своим привычкам, формируется убеждение в том, что пандемии нет, ее придумали врачи. Практика «соблюдения прав» доводится до абсурда — становится невозможным даже обсуждать постоянно ухудшающуюся эпидемическую ситуацию вне каких-то политически выверенных установок. Реальная эпидемическая ситуация искажается, общественное внимание переводится на ложные фетиши, вроде единичных случаев атипичной пневмонии или птичьего гриппа среди людей. Все ждут какую-то другую эпидемическую катастрофу.
2. Другой заинтересованной силой становятся фармацевтические компании, организации медицинского сервиса и отдельные «деятели науки». Пандемия рассматривается ими просто как источник наживы. Связь «деятелей науки» и чиновников в борьбе с новым пандемическим вызовом порождает пандемию коррупции. Бесконечно создаются какие-то вакцины. Когда испытания одних вакцин заходят в тупик, начинают испытывать новые «вакцины» и т. д. и т. п. Власти обещают начать борьбу с пандемией, как только создадут вакцину. Вакцина объявляется единственным средством, способным остановить пандемию. Формируются устойчивые группы ученых, предпринимателей, чиновников, политиков и «правозащитников», материально заинтересованных в развитии пандемии.
3. Пандемия рассматривается определенными политическими силами как инструмент разрушения неугодных государств и истребления «неполноценных народов» (например с черным или желтым цветом кожи; с «тоталитарными режимами власти», неспособных к восприятию идей демократии и т. п.), но по какому-то историческому недоразумению несправедливо занимающих территории, богатые газом, нефтью, полезными ископаемыми и чистой водой. Этим странам последовательно навязываются противоэпидемические мероприятия, ухудшающие эпидемические показатели, но соответствующие придуманным «демократическим стандартам».
Пока какая-то часть вида Homo sapiens ожидает для себя «новых возможностей», а другая — новых вакцин и спасительных таблеток, локальные эпидемические сети становятся глобальными. Эпидемическое давление на невовлеченные в эпидемические процессы территории достигает максимума. Отдельные эпидемии «сливаются» в пандемию.
В стадии
В стадии своего
Далее (
Сначала рассмотрим
Широкое распространение получают острые смертельные инфекции с воздушно-капельным механизмом передачи (оспоподобные инфекции, грипп, легочная чума и др.). Их активизация зависит от региона; эпидемические цепочки, как правило, необычно длинные. Особое удивление у ученых вызовет появление болезней, считавшихся уничтоженными. Среди них оспоподобная инфекция, по контагиозности и смертельным исходам сопоставимая с большой оспой (variola major) (см. разд. 4.2.3). Ее распространение приобретет тяжелый характер с преобладанием смертельных форм болезни, меры вакцинации окажутся столь же неэффективными как во время пандемии натуральной оспы 1871–1874 гг. (Бразоль Л. Е., 1875). Из-за распространения таких инфекций депопуляция населения значительно усилится, однако его иммунитет начнет постепенно подниматься из-за гибели иммунодефицитных лиц. В
При развитии событий
Возможные клинические проявления таких болезней представлены ранее (Супотницкий М. В., 2000; Супотницкий М. В. 1996). Ими могут быть прогрессирующие неоплазии, иммунодефициты (без выявления ВИЧ), мышечная дистрофия, демиелинизация, отложения бета-амилоидных белков, атеросклероз, психические нарушения. Если исходить из того, что паразит будет способен осваивать экологические ниши вытесняемого им ВИЧ, то более вероятна патология, связанная с дефектами ДНК Т-лимфоцитов и макрофагов, эндотелиоцитов кровеносных и лимфатических сосудов, эпителиальных клеток кожи, астроцитов и нейронов мозга.
Пандемия, развивающаяся по второму направлению, прекратится значительно позже, чем по первому, не раньше чем будет достигнуто 100 % инфицирование населения. Постэпидемической стадии не будет.
Развитие событий
Гоминоиды представлены короткоживущими (в геологических масштабах времени, разумеется) видами. По сути, это
Начало
Произойдет эндогенизация ВИЧ или нет, сейчас трудно предугадать. Возможно, что этот процесс идет, но мы пока не знаем критериев, по которым его можно зафиксировать (см. разд. 4.2.3, «Молчащие педиатрические инфекции»). Распространение ВИЧ среди популяций людей продолжается. Благодаря деятельности их иммунной системы, ВИЧ становится все более многообразным (см. рис. 47 и 74). Многообразие (полиморфизация) вируса складывается с многообразием вовлекающихся в пандемию генотипов людей. Возможно, что механизм эндогенизации экзогенных ретровирусов запускается каким-то иным, неизвестным нам сегодня способом, но нет сомнения в том, что он существует в объективной реальности как часть целого — эволюции.
Почему невозможно использовать вакцинацию в борьбе с ВИЧ/СПИДпандемией. В разд. 4.1.2 не приведены описания пандемий натуральной оспы, хотя они развиваются циклически. Причина следующая. Победа над оспой стала главным итогом противоэпидемической борьбы ХХ в. Сегодня опыт борьбы с ВНО рассматривается как приемлемый для борьбы с ВИЧ/СПИД-пандемией, но только в аспекте массовых вакцинаций (см., например, удручающий труд академика РАМН Воробьева А. А., 2003). Эта точка зрения в России является массовой и как бы свидетельствует о прогрессивности ученого. Обращение же к научной литературе XIX и ХХ вв. показывает, что борьба с натуральной оспой посредством вакцинации шла с переменным успехом и вакцинация не сыграла той решающей роли в глобальной ликвидации натуральной оспы, которую ей приписывают сегодня. Поэтому история эпидемий натуральной оспы и мероприятий борьбы с ней приводится ниже в контексте возможности перенесения накопленного тогда опыта на борьбу с ВИЧ/СПИД-пандемией.
В табл. 22 приведен краткий сравнительный анализ биологических свойств ВНО и ВИЧ (обоснование приведенных данных см. в гл. 3).
Свойства | ВНО | ВИЧ
Таксономия | Семейство Poxviridae | Семейство Retroviridae
Механизм проникновение в организм человека | Воздушно-капельным путем | Половым, от матери к плоду и через инфицированную кровь
Репликация на начальном этапе инфекционного процесса (первичная виремия) | Преимущественно в моноцитах/макрофагах | Преимущественно в фагоцитирующих клетках (макрофаги, моноциты, дендритные клети) и Т-хелперах
Течение инфекционного процесса | Циклический монопроцесс | Многокомпонентный нециклический процесс
Развитие стерильного иммунитета | Возможно | Невозможно
Т- и В-клеточные ответы | Сохранены | Нарушены
Взаимоотношения с фагоцитирующими клетками | Паразитические | Преимущественно симбиотические
Основная антигеная детерминанта | Консервативный белок L1. Необходим для сборки вириона, поэтому не подвергается конформационным изменениям | Консервативный домен V3 гликопротеина gp120. Относится к структурам, связывающимся с рецепторами на поверхности макрофагов и Т-хелперов, подвержен конформационным изменениям
Роль в инфекционном процессе антител к основным антигенным детерминантам | Блокируют инфекционный процесс | Усиливают инфекционный процесс
Феномен антитело-зависимого усиления инфекции | Не наблюдается | Наблюдается
Феномен первичного антигенного греха | Не наблюдается | Наблюдается
Феномен инфекционно-эволюционных качелей | Не наблюдается | Наблюдается
Роль комплемента в инфекционном процессе | Блокирует инфекционный процесс | Усиливает инфекционный процесс
Наличие в геноме человека подобных структур | Нет | До 45 % генома составляют эндогенные ретроэлементы
Взаимодействие с системой APOBEC макрофагов и Т-хелперов | Нет | Система поддерживает варианты вируса с интактным геном vif (вирулентности)
Сравнение инфекционных процессов и иммунных ответов на ВНО и ВИЧ (см. в гл. 3), показало следующее.
1. ВНО вызывает инфекционный монопроцесс, имеющий циклическое течение. На начальном этапе инфекции он ведет себя как облигатный паразит фагоцитирующих клеток, имеет короткий цикл размножения, разрушает клетку и в течение первых двух суток с момента проникновения в организм человека становится доступным как для антител, так и клонов лимфоцитов, несущих иммунологическую память об антигене, использованном для вакцинации. Сохранение Т- и В-клеточных звеньев иммунитета формирует полноценные гуморальные и клеточные ответы на вирус, способствующие его полной элиминации из организма, инфекционный процесс прекращается. Поэтому ВНО меняет хозяина на 8–10-е сутки от начала болезни, но так как люди, перенесшие натуральную оспу, формируют иммунную прослойку, препятствующую дальнейшему распространению вируса, вызываемый им эпидемический процесс ограничивается, т. е. носит циклический характер.
2. На начальном этапе инфекции ВИЧ взаимодействует с клетками иммунной системы более сложно, чем ВНО. Он колонизирует как макрофаги, так и Т-клетки-хелперы и устанавливает контроль над их генетическим аппаратом. Вирус блокирует апоптоз макрофага и интегрируется с геномом Т-хелпера, поэтому его персистирование по макроорганизму не может контролироваться специфическими антителами, как это происходит в отношении ВНО. В зависимости от рецепторов, посредством которых ВИЧ взаимодействует с макрофагом, он вступает с ним либо в симбиотические отношения, либо начинает размножаться. Оба этих процесса идут одновременно и усиливают диссеминацию ВИЧ. Инфекционный процесс постоянно усложняется, к моменту смерти больного он представляет уже комплекс нециклических инфекционных процессов, в которых участвуют не только ВИЧ и возбудители СПИД-ассоциируемых инфекций, но и эндогенные ретровирусы человека. Так как ВИЧ передается в основном половым путем, а иммунная система человека неспособна ограничить размножение вируса и сформировать иммунную прослойку среди населения, как это имеет место в отношении ВНО, то вызванный им эпидемический процесс носит необратимый нециклический характер.
3. Иммунная система человека воспринимает ВНО и другие ортопоксвирусы как антигенно-чужеродные объекты и элиминирует их из организма. Роль основной антигенной детерминанты у вирусов данного семейства играет консервативный белок L1, участвующий в морфогенезе вирусной частицы. Это крупный миристиолированный оболочечный белок, экспрессирующийся на поверхности внутриклеточных созревающих вирионов возбудителя натуральной оспы (IMV-форма вируса). Его консервативная часть формирует гидрофобную «каверну», необходимую для сборки вириона, поэтому он не может подвергаться конформационным изменениям и маскироваться полисахаридными «экранами». После лизиса клетки, L1 экспонируется функционально неповрежденным Т- и В-клеткам иммунной системы и вызывает полноценные гуморальные и клеточные ответы на ВНО.
4. Иммунная система человека не только не воспринимает ВИЧ как антигенно-чужеродный объект, но и способствует его размножению, эволюции и распространению по человеческим популяциям. Причины данного явления кроются в совместной эволюционной истории ретровирусов и многоклеточных организмов и нуждаются в исследовании (см. разд. 2.3). Основные консервативные домены оболочечных белков интактных частиц ВИЧ относятся к структурам, связывающимся с рецепторами и корецепторами на поверхности макрофагов и Т-хелперов. Они либо экранированы карбонгидратными группами, либо «заглублены» и малодоступны для антител. Роль основной антигенной детерминанты у ВИЧ играет консервативный домен V3 гликопротеина gp120, однако антитела к нему усиливают проникновение вируса в фагоцитирующие клетки посредством взаимодействия с рецептором Fc. Благодаря феномену антителозависимого усиления инфекции, антитела к V3 и к некоторым другим «антигенам» способствуют прогрессированию ВИЧ-инфекции и переносу вируса от матери к плоду. Иммунизация приматов оболочечными белками ВИЧ сопровождается феноменом «первичного антигенного греха» и не предотвращает развитие ВИЧ-инфекции.
Таким образом, сравнение биологических свойств ВНО и ВИЧ свидетельствует о профанации проблемы борьбы с пандемией ВИЧ/СПИДа путем ее отождествления с натуральной оспой. Теперь попробуем разобраться, как и почему мы «победили» натуральную оспу.
Анализ исторических источников, проведенный историком эпидемий В. Губертом (1896), свидетельствует, по крайней мере, о
Первое достоверное указание на масштабные оспенные эпидемии в Европе В. Губерт относил к 541 г. К этому времени, по свидетельству С. Гемблоурского (Sigbert Gemblours), в Галлии свирепствовала эпидемия, описание которой в соответствует натуральной оспе. В VI–VII вв. об оспе упоминают многие как европейские, так и арабские источники и даже Коран (105 сура). Но в VIII — Х вв. сообщения об оспенных эпидемиях в Европе исключительно редки и касаются только тех случаев, когда ее жертвами становились влиятельные люди или в связи с какими-то другими значительными для современников событиями. А арабский писатель и врач Рази (Razi, Rhases, 850–923) рассматривал оспу как новую болезнь, неизвестную древним греческим врачам и пытался найти ответ на вопрос — знал ли Гален об оспе? И, видимо, ни он, ни его современники не находили на него однозначного ответа.
Летописные источники первых веков второго тысячелетия содержат очень мало упоминаний об оспенных эпидемиях. Особенно странно это выглядит на фоне начавшихся крестовых походов (с 1096 г.), которые, казалось бы, должны способствовать их распространению. Но в конце XII в. оспа в Европе как бы «очнулась». По неизвестным причинам после почти двухсотлетней «спячки» контагиозность и вирулентность возбудителя оспы начали расти, что вновь нашло свое отражение в летописях. Одно из первых упоминаний о крупной оспенной эпидемии в Европе приходится на 1174 г., когда болезнь вновь появилась в Лондоне и произвела там страшные опустошения. Хроники XIII–XIV вв. уже изобилуют указаниями на оспенные эпидемии. В середине XV в. оспенные эпидемии в Европе достигли особенного размаха в Ломбардии, Голландии, Франции, Германии. Но к концу XV в. оспа снова перестала интересовать летописцев, и количество летописных записей об оспенных эпидемиях значительно снизилось.
Сообщения о масштабных оспенных эпидемиях в начале XVI в. приходят не из Европы, а из «Новых земель», открытых как в «Новом Свете», так и в Сибири. В Европе в начале XVI в. о крупных эпидемиях оспы, сопровождающихся высокой смертностью заболевших людей, неизвестно. Но в 1527 г. роли «туземцев» и «европейцев» меняются. Оспа, по восприятию современников, впервые (!) появилась в Дании, затем в 1536 г. в Париже, и вскоре она распространилась по всей Европе. Со второй половины XVIII в. смертность от оспы начала снижаться, что более детально мы разберем, когда будем рассматривать натуральную оспу накануне введения массовых вакцинаций. Сейчас обратим внимание еще на другую закономерность —
Появлению оспы в VI в. предшествовало распространение проказы или болезни, которую тогда считали «проказой». На фоне «свирепствования» этих двух болезней распространилась чума («Чума Юстиниана»).
Второй пандемии чумы, названной «черной смертью» (1346–1351 гг.), предшествовали те же пандемические события, что и «Юстиниановой чуме». С XI в. в Европе вновь активизируется «проказа». Чума «черная смерть» за 5 лет охватила Европу опять же на фоне масштабных оспенных эпидемий. Исчезновение «проказы» началось в конце XV в. вместе с исчезновением натуральной оспы, прежде всего в Италии, несколько позже во Франции, потом в Голландии и Северной Германии (Гезер Г., 1866).
В середине XIX в. оспа, чума и проказа считались побежденными болезнями (см. работу Веревкина И., 1867), но уже с 1870-х гг. они начали повсеместно возвращаться, что должно иметь какие-то серьезные основания, кроющиеся в экологии возбудителей этих болезней (см. разд. 2.2).
1.
В Женеве за период 1680–1760 гг. наблюдалось на 1000 умерших от оспы около 13 человек в возрасте свыше 20 лет. В Стокгольме за периоды 1774–1787 гг. и 1788–1800 гг. в данной возрастной группе 4–8 погибших. По данным Л. Бразоля (1875), такое соотношение заболевших и умерших оставалось в отдельных группах никогда невакцинованного населения даже во второй половине XIX в. Он приводит данные по смертности от оспы в секте липован (в Буковине), у которых вакцинация всегда была запрещена. На 1000 смертельных случаев от оспы 932 приходились на возраст 0–5 лет и 68 на возраст 6–10 лет; взрослые редко заболевали и не умирали от оспы. По его же данным, в медицинских сочинениях и отчетах XVIII в. нет указаний на смертельные случаи от оспы в армии.
2.
Периоды времени | Число умерших от оспы на 1000 умерших от всех причин
1650–1660 | 48
1660–1670 | 36
1670–1680 | 71
1680–1690 | 74
1690–1700 | 71
1700–1710 | 53
1710–1720 | 81
1720–1730 | 82
1730–1740 | 76
1740–1750 | 77
1750–1760 | 100
1760–1770 | 108
1770–1780 | 98
1780–1790 | 87
1790–1800 | 88
3.
4.
5.
Возраст группы, лет | 0-5 | 6-10 | 11-15 | 16-20 | 21-25
1776-80 гг. | 1692,2 | 426,7 | 93,6 | 37,3 | 14,8
1781-85 гг. | 1440,7 | 371,0 | 113,2 | 44,8 | 18,4
1786-90 гг. | 1227,2 | 266,2 | 64,4 | 31,0 | 13,0
1791-95 гг. | 1001,9 | 245,8 | 50,6 | 18,4 | 6,0
1796-00 гг. | 1257,3 | 282,9 | 65,9 | 23,9 | 9,9
1801-05 гг. | 635,9 | 129,7 | 14,2 |
1806-10 гг. | 460,7 | 112,3 | 13,9 |
1811-15 гг. | 123,5 | 31,7 | 6,4 |
1816-15 гг. | 63,2 | 19,4 | 7,2 |
1816-25 гг. | 65,7 | 10,2 | 11,5 |
Однако, анализируя распределение заболеваемости по годам, нетрудно убедиться в том, что такое влияние вакцинации на заболеваемость натуральной оспой невозможно. Падение заболеваемости в Швеции началось еще в начале 80-х гг. XVIII в. К 1800 г. заболеваемость оспой снизилась почти в 2,5 раза, но тогда в Швеции не было еще ни одного вакцинированного ребенка. В 1801 г., по данным самого же Саймона, во всей Швеции было только
Дженнер, сельский хирург, также как и остальные его коллеги, занимался оспопрививанием. Дженнер обнаружил, что всякий раз, когда он делал вариоляцию лицам, которые ранее переболевали коровьей оспой, человеческая (натуральная) оспа у них не приживалась. С этим феноменом сталкивались и другие хирурги, но они не были любопытны. Дженнером было выяснено, что все эти пациенты в прошлом заражались коровьей оспой при доении коров на ферме, пораженных особой сыпью на вымени. Далее он установил, что эта болезнь с незапамятных времен известна на скотных дворах, и что между всеми скотниками и скотницами распространено представление о том, что она предохраняет от настоящей оспы. Лубочная часть его жизни излагается следующим образом. Утром 2/14 мая 1796 г. Дженнер в присутствии врачей и посторонних лиц, произвел два поверхностных надреза на руке здорового, восьмилетнего мальчика и привил «вакцинный яд», т. е. содержимое пустулы с правой кисти женщины, случайно заразившейся оспой от коров при дойке (рис. 77).
Пустулы, воспроизведенные таким образом на руке ребенка, имели большое сходство с пустулами, происходящими от прививания натуральной оспы, но болезненное состояние, обычно сопровождавшее вариоляцию, здесь не было так выражено. Через полтора месяца Дженнер взял содержимое пустулы человека, заболевшего натуральной оспой, и привил ее Джеймсу, оспа не привилась. Далее он провел много добросовестных экспериментов и доказал эффективность и безопасность своего способа защиты от натуральной оспы, и, разумеется, нажил врагов и завистников, а не денег и славы. Плохо вскрытый панариций у сельского кузнеца ему бы, конечно, простили, но вот средство, способное оградить мир от оспы, — это «шапка не по Сеньке». За свое открытие ему пришлось перетерпеть много неприятностей, но та часть жизни Дженнера не является предметом нашего анализа. В 1799–1801 гг. хирург В. Вудвилл (W. Woodvill) вакцинировал в лондонском Оспенном госпитале 7500 человек, подвергнув большую их половину контрольной прививке натуральной оспы; результаты получились самые блестящие. Племянник Эдварда Дженнера, Джеймс (G. C. Jenner), привил 30 тыс. человек без малейших осложнений. Почти 200 из них произведено контрольное прививание натуральной оспы, обнаружившее полный иммунитет вакцинированных лиц. С 1800 г. вакцинация стала признанной и распространенной медицинской процедурой, и мы можем проанализировать некоторые ее отдаленные последствия.
Тревожные симптомы «возвращения» оспы стали появляться довольно рано и, как это ни парадоксально, на родине Дженнера в Англии и еще во время его жизни. В 1808 г. в Рингвуде, в 1813 г. в Ферфаксе, в 1812-м и 1816 гг. в Норвиче вспыхнули эпидемии оспы. Их с трудом удалось «потушить», как тогда считали, посредством широкой вакцинации населения.
К концу второго десятилетия XIX в. наступил кризис. Оспенные эпидемии стали развиваться повсюду. Они снова охватили Европу и Америку. В Монпелье в 1816 г., в Эдинбурге в 1817–1818 гг., в Марселе, Бордо и других французских городах в 1818 г. и в последующие годы, в Норвиче в 1819 г., в Нью-Йopке, Филадельфии и других американских городах в 1820 г. Затем в Женеве в 1822–1823 гг., в Дублине в 1823–1824 гг., в Швеции в 1823 г., в Берлине в 1823–1824 гг., в Милане в 1823–1824 гг., в Дании в 1824–1827 гг., в Лозанне в 1827 г., снова в Марселе в 1827–1828 гг.
Любопытны данные Dezeimeris (1839), описавшего «возвращение» оспы в Данию. С 1800-го по 1804 г. в стране не было замечено ни одного случая оспы у вакцинированных людей. В 1804 г. обнаружены два случая, но они представляли собой вариолоиды (легкая форма оспы). В 1805 г. в Копенгагене умерло от такого вариолоида 5 человек, а в 1806 г. еще трое. В 1808 г. умерло 46 человек от натуральной оспы, из которых у 13 болезнь протекала в форме вариолоида. В 1819 г. случаи вариолоидов и даже натуральной оспы стали обнаруживаться среди вакцинированных людей. В 1823 г. среди вакцинированных людей оспа приобрела повальный характер. Власти вынуждены были открыть оспенный госпиталь в Копенгагене. С 1824-го по 1827 г. последовало три повальных эпидемии оспы. Из 412 больных натуральной оспой, принятых в оспенный госпиталь, 257 были в детстве привиты вакциной.
Первая оспенная пандемия «времен вакцинации» затихла «сама собой» уже к середине 1830-х гг, однако она заставила переосмыслить причины ее возникновения. Особенно странным при этих эпидемиях был факт, не замедливший обратить на себя внимание исследователей, —
Ввиду таких фактов, естественно, появились сомнения в защитном значении вакцинации. Снова начались дискуссии между ее противниками и ее сторонниками. Однако накапливались новые доказательства предохранительного действия вакцинации. Тогда возникла мысль о неправильности вакцинации у заболевших людей. Анализ существовавшей практики приготовления прививочного материала и техники вакцинации показал, что нередко прививки осуществлялись испорченным прививным материалом. Кроме того, дело прививок скоро перешло в руки невежественных людей и коммерсантов от медицины. Началась борьба эмпирически выстроенных учений.
Наиболее обоснованным было учение о «вырождении вакцины». Вакцина со времени Дженнера в течение четырех десятков лет прошла через бесчисленные поколения прививаемых пациентов.
Однозначных доказательств причастности «вырождения» гуманизированной вакцины к возобновлению оспенных эпидемий получено не было. Тогда стала все более укрепляться мысль, высказанная еще в 1818 г. профессором Годенпилем из Роттердама, о возможности исчезновения с годами защиты вакцинированных людей от заболевания натуральной оспой. Эта возможность сначала упорно отрицалась всеми, ввиду того что Дженнером как раз были собраны факты, доказывающие, что коровья оспа, перенесенная десятки лет назад, предохраняет от последствий заражения или инокуляции. Доказательства правильности мнения Годенпиля были получены в результате изучения возраста людей, заболевающих оспой. Но это исследование показало, что оспа, которая в прежние времена была чисто детской болезнью, стала, после введения вакцинации, поражать преимущественно взрослых. Например, в Пруссии, до введения вакцинации, из 1252 заболевших оспой 44,5 % были возрасте до 10 лет, старше 20 лет не было ни одного больного. После введения вакцинации ситуация поменялась — в Вюртемберге из 667 больных только 18,4 % были моложе 10 лет; 42 % было старше 20 лет.
Прямым последствием убеждения в ослаблении иммунитета с возрастом стало требование вторичной вакцинации — ревакцинации. Для того чтобы ревакцинация получила повсеместное практическое использование, потребовалась новая эпидемическая трагедия. В 1840–1850-е гг. натуральная оспа вновь стала редкостью в Европе. Но «затишье» было обманчивым. Оспа «тихой сапой» возвращалась в Европу как пандемическая болезнь, правда почти десятилетие обнаружить ее возвращение можно было только методами медицинской статистики. Статистик Э. Энгель (Engel; 1821–1896) вычислил, что смерть от оспы в 1860 г. встречается чаще, чем за 40 лет до того — во времена первой пандемии «после Дженнера»: в 1820 г. регистрировалось 10,56 смертей от оспы на 1000 умерших жителей, а в 1860 г. — 18,95 на 1000.
Катастрофа разразилась в 1870–1874-х гг. — натуральная оспа вернулась как пандемическая болезнь сразу на Североамериканском континенте, в Европе и России. Вакцинация не сдержала эту пандемию. Да и само появление натуральной оспы сразу на нескольких континентах больше говорит о глобальной активизции каких-то пока неизвестных природных очагов ВНО. Но большинство ученых связало ее появление с непоследовательным проведением ревакцинации населения. Во многих странах были приняты соответствующие законы, были значительно усовершенствованы технологии получения дермальной осповакцины. Даже во время Первой мировой войны 1914–1918 гг. пандемия натуральной оспы типа случившейся в 1870–1874 гг. не повторилась. К 1928 г. натуральную оспу на Европейском континенте и в СССР удалось полностью взять под контроль. До 1980-х гг. ВНО даже не рассматривали в качестве потенциального агента биологического оружия.
Но в послевоенной Европе оспенные вспышки носили завозной характер. Несмотря на то что общее число заболевших во время таких вспышек, как правило, не было большим, появление оспы заметно осложняло нормальную жизнь страны и требовало значительных, а порой и огромных усилий и затрат для ограничения распространения инфекции и ликвидации ее очагов (см. ниже). Помимо этого, европейские страны, а также
другие свободные от оспы государства, вынуждены были затрачивать огромные средства на проведение мероприятий, направленных на предупреждение завоза оспы. В число этих мер входили: производство и контроль оспенной вакцины, организация и проведение профилактических прививок населению, санитарно-карантинные мероприятия и т. д. Первичная вакцинация против оспы, при всем ее положительном значении для охраны здоровья общества, в целом ряде случаев приводила к развитию тяжелых, а иногда и смертельных поствакцинальных осложнений. Их статистика во многих странах производила удручающее впечатление — от поствакцинальных осложнений ежегодно погибало больше людей, чем за 10 лет от завозов оспы. Причины развития таких осложнений не были тогда ясны, но вновь, как и в начале XIX в., возникли сомнения в целесообразности первичной вакцинации населения (см. рис. 75).
Становилась все более очевидной необходимость борьбы с оспой на новой основе — ее полного искоренения совместными согласованными действиями всех стран мира. И тогда многие ученые снова вернулись к идее Э. Дженнера о возможности ликвидации натуральной оспы путем всеобщей вакцинации. Теперь они располагали уже реальными техническими возможностями для осуществления этих планов. Рассмотрим ход дальнейших событий по работам И. Д. Ладного (1985) и С. С. Маренниковой, С. Н. Щелкунова (1999).
Теоретические обоснования возможности нового глобального проекта были следующими.
1. Эпидемиология натуральной оспы была всесторонне изучена. Многолетние наблюдения свидетельствовали о том, что заразное начало при оспе передается от человека к человеку без участия каких-либо представителей позвоночных или насекомых. Следовательно, основной особенностью натуральной оспы является ее классический антропонозный характер, поскольку многочисленными наблюдениями в эпидемических очагах установлено, что источником инфекции при натуральной оспе является только больной человек.
2. Имевшаяся противоэпидемическая практика свидетельствовала, что главным механизмом распространения инфекции при оспе является воздушно-капельный, при котором заразное начало выделяется с капельками слюны и слизи через рот и нос. Однако, несмотря на высокую заразительность больного натуральной оспой, разнообразие механизмов передачи инфекции и исключительную восприимчивость человека к ней, замкнутая цепь эпидемического процесса поддавалась разрыву во всех ее звеньях, а прекращение заболеваемости среди людей приводило к исчезновению на данной территории источников инфекции.
3. В распоряжении правительств многих стран имелась высокоэффективная живая вакцина, однократная прививка которой создает полноценную невосприимчивость на 3–5 лет, причем этот иммунитет может быть продлен путем ревакцинации. К моменту принятия программы ликвидации оспы в 1958 г. в СССР и других странах уже производилась лиофильно-высушенная вакцина. Такая вакцина обладала устойчивостью к температурному фактору, что было чрезвычайно важно для стран тропической Африки, Азии, Южной Америки, где жидкий препарат быстро инактивировался.
4. Имелась возможность распознавания оспы на ранней стадии болезни по характерным клиническим признакам без лабораторных методов диагностики, что позволяло заподозрить данное заболевание и своевременно провести комплекс противоэпидемических мероприятий. При натуральной оспе таким характерным признаком являлась сыпь. По виду сыпи и особенностям ее развития оспа резко отличается от других экзантемных инфекций.
5. К 50–60-м гг. ХХ в. были разработаны новые методы лабораторной диагностики, отличающиеся высокой чувствительностью, значительно расширившие возможности распознавания оспы практически на всех стадиях болезни. Их принципиальное отличие от ранее использовавшихся методов лабораторного диагноза заключалось в быстроте ответа и в возможности провести дифференциацию ВНО от других близкородственных поксвирусов;
6. Имелся положительный опыт организационных и практических мероприятий, приведших к полной ликвидации натуральной оспы на территории СССР и ряда других стран.
Сразу замечу, что ситуация с ВИЧ сегодня противоположна той, что была накануне принятия этой программы. Болезнь хоть и носит антропонозный характер, но механизм передачи ее возбудителя исключает возможность любого контроля над ним и разрыва эпидемической цепи, так как человечество, как биологический вид, в таком случае не смогло бы существовать. Вакцина создана не будет по выше приведенным причинам, а возможность контроля над болезнью по характерным клиническим признакам отсутствует. Существующие методы лабораторной диагностики ВИЧ-инфекции не могут быть использованы в таких масштабах, какие применялись при ликвидации натуральной оспы; нет опыта ликвидации ВИЧ-инфекции даже в масштабах хотя бы небольшого острова.
После провозглашения в 1959 г. Программы ликвидации натуральной оспы в глобальном масштабе во многих странах мира начались массовые кампании вакцинации против оспы, которые в течение всего первого этапа программы рассматривались ВОЗ в качестве важнейшей и наиболее действенной ее составляющей. Ожидания были самыми оптимистичными. Ликвидировать оспу надеялись в течение четырех или пяти лет. Однако цель программы оказалась недостигнутой, несмотря на то что было потрачено вдвое больше времени, чем это первоначально планировалось. Оспа по-прежнему сохранялась в ее основных эндемических очагах (в Азии, Африке и Южной Америке).
Как показали в дальнейшем специальные исследования, из всей используемой в эндемических странах сухой оспенной вакцины лишь 10–15 % соответствовали по качеству международным требованиям. Однако не только низкое качество вакцины и неполнота охвата населения вакцинацией были причинами малой эффективности Программы на первом этапе. Среди основных факторов, которые повлияли на исход первого этапа Программы, была
На опыте противоэпидемических мероприятий, проводившихся в Индии, целесообразно остановиться подробнее, так как именно здесь стратегия эпидемического надзора была применена в период чрезвычайно высокого уровня заболеваемости. Метод активного выявления больных оспой состоял в этой стране в следующем: один раз в месяц силами вспомогательного персонала медицинских учреждений районов в течение недели проводился обход всех деревень штата с целью выявления больных оспой. Поскольку обходы проводились не медицинским персоналом, то сведения о случаях натуральной оспы после этого подтверждались врачом или санитарным инспектором (средний медицинский работник). В конце недели сведения представлялись врачу района (или санитарному инспектору), который организовывал бригады вакцинаторов из своего персонала и направлял их для проведения вакцинации всем членам семьи больного и жителям ближайших домов.
По мере того как число вспышек уменьшалось, количество домов, жители которых подлежали вакцинации, увеличивалось. С октября 1974 г. прививались жители ближайших 50 домов или вся деревня. В специальной книге регистрировались все жители и отмечались сведения о прививках против оспы в прошлом, а также в данный момент. Если кто-либо из людей, проживающих в деревне, отсутствовал, вакцинатор должен был посетить его второй раз и в случае отказа от прививки сделать соответствующую отметку в книге. После окончания прививок деревня находилась под наблюдением в течение 6 недель. Визит вакцинатора повторялся один раз в неделю. В двух наиболее пораженных районах штата Бихар обходы проводились с интервалом в неделю вместо 4–6 недель. За неделей обходов следовала неделя вакцинации. Сокращение интервалов между обходами деревень увеличивало не только полноту выявления больных, но и обеспечивало обнаружение больных на более ранней стадии болезни.
Новая для программы система оказалась более эффективной для прерывания трансмиссии оспы, чем «поголовная» вакцинация даже в тех случаях, когда было вакцинировано менее половины населения на данной территории. С учетом этих данных
Помимо переоценки роли эпиднадзора, сделанной научной группой в 1967 г. и Комитетом экспертов по ликвидации оспы в 1972 г., чрезвычайно значение имела рекомендация о необходимости введения оценки и контроля каждого компонента Программы и развитие службы регистрации и оповещения о случаях заболевания. Именно контроль за результатами проведенной работы обеспечил реальную базу для принятия правильных решений. Через год, в декабре 1979 г., комиссия пришла к выводу об успешном завершении Программы в глобальном масштабе.
Теперь посмотрим, какими усилиями ликвидировались даже небольшие вспышки натуральной оспы (сводка сделана по работам Серенко А. Ф., 1962; Еремяна А. В., 1962; Дубровинского С. Б., I964; Duncan S. R., Scott S., 1996).
Вот так «гасили» вакцинацией единичные завозные случаи натуральной оспы, которые нередко начинались с людей, вакцинированных по оспе. Ясно, что количество ВИЧ-инфицированных людей несопоставимо с масштабами этих «побед».
4.2.3. Глобальные пандемические циклы
Результаты популяционных исследований тонкой структуры генома человека показывают наличие большого количества лиц, имеющих мутации гена рецептора лимфокинов CCR5, обычно используемого ВИЧ для проникновения в макрофаги и Т-лимфоциты. Данный феномен свидетельствует о том, что наши предки (а возможно и эволюционно предшествующие виды) уже сталкивались с ВИЧ. Однако каков мог быть механизм, «обрывавший» такие пандемии в прошлом, если сегодня мы их не контролируем?
Морфологическая структура эпидемических очагов нециклического типа. Структуризацию очага предопределяет гетерогенность популяции людей, проживающих на вовлеченной в эпидемический процесс территории. Мутационные процессы у индивидуумов, благодаря которым отдельные гены иммунной системы в течение многих поколений людей накапливают точечные мутации, вне инфекционного процесса не проявляют себя фенотипически, т. е. такие мутации являются нейтральными. Но у инфицированных индивидуумов они определяют клинику болезни, а на популяционном уровне — динамику и основные клинические особенности эпидемического процесса (табл. 25).
Продукт гена | Вариант гена | Хромосома | Эффект
Проникновение ВИЧ в клетку, корецепторы
CCR5 | Δ32 | 3p21 | Резистентность к ВИЧ-инфекции, замедление развития СПИДа
CCR5 | C20S | 3p21 | Предотвращает развитие ВИЧ-инфекции в присутствии D32
CCR5 | А295 | 3p21 | Спорное
CCR5 | R60S | 3p21 | Спорное
CCR5 | C101X | 3p21 | Предотвращает развитие ВИЧ-инфекции в присутствии Δ32
CCR5 | G106R, C178R, C269F | 3p21 | Резистентность к ВИЧ, торможение развития СПИДа
CCR5 | P1 (promoter haplotypes) | 3p21 | Ускорение развития СПИДа
CCR5 | 59029AA | 3p21 | То же
CCR5 | HHC (promoter haplogroup) | 3p21 | Ускорение развития СПИДа у японцев
CCR5 | HHЕ (promoter haplogroup) | 3p21 | Ускорение развития СПИДа у людей белой расы (сaucasians)
CCR2 | 64I | 3p21 | Замедление развития СПИДа у отдельных лиц
DC-SIGN | Вариант промотора | 19p13 | Парэнтеральная инфекция
CX3CR1 | I249/M280 | 3p21 | Ускорение развития СПИДа
Лиганды корецепторов
MIP-1альфаP (CCL3L1) | Количество копий гена
17q12 | Увеличение восприимчивости к инфицированию
MIP-1бета (CCL4L1) | L2 | 17q12 | То же
RANTES (CCL5) | −403A, −28G (промотор) | 17q12 | Торможение развития СПИДа
RANTES (CCL5) | В 1.1C (intronic) | 17q12 | Ускорение развития СПИДа
SDF-1 (CXCL12) | 3'A | 10q11 | Торможение развития СПИДа?
MCP1/MCP3/Eotaxin | Н7 (гаплотип) | 17q11 | Снижение чувствительности к инфицированию
После проникновения ВИЧ в клетку
TRIM 5альфа | Гаплотип 9 | 11p15 | Увеличение трансмиссии ВИЧ
TRIM 5альфа | 136Q, 43Y | 11p15 | Защита от ВИЧ-инфекции
APOBEC3G | 186R, C40693T | 22q13 | Ускорение развития СПИДа, увеличение трансмиссии ВИЧ
TSG101 | −183C | 11p15 | Ускорение элиминации CD4 T-клеток
Приобретенный/врожденный иммунитет
HLA | B*27 | 6p21 | Торможение развития СПИДа
—"— | B*18 | 6p21 | Быстрое развитие болезни
—"— | B*57 | 6p21 | Торможение развития СПИДа
—"— | B*35Px | 6p21 | Ускорение развития СПИДа
—"— | E*0103 | 6p21 | Резистентность к ВИЧ-инфекции
—"— | G*0105N | 6p21 | То же
—"— | G*010108 | 6p21
Увеличение восприимчивости к ВИЧ
KIR3DS1 | 3DS1 + HLA-Bw4-80Ile | 19q13; 6p21 | Торможение развития СПИДа
—"— | 3DL1 + HLA-B*57s | 19q13; 6p21 | То же
Гены цитокинов
Th1 (гамма-IFN) | +874T аллель | 12q14 | Замедление начала развития болезни
Th2 (IL10) | IL10-5'-592A | 1q31 | Ускорение прогрессирования болезни
Th2 (IL4) | −590T | 5q31 | То же
Морфологическая структура такого очага следующая:
По мере формирования очага усложняется его морфология, очаг становится более резистентным к внешним воздействиям. Существование LTNP- и HEPS-индивидуумов обусловлено наличием в их геноме мутаций, препятствующих проникновению ВИЧ в клетки иммунной системы и его последующему жизненному циклу (см. табл. 25). Как правило, LTNPи HEPS-индивидуумы гомозиготны по мутациям данного типа. Например, гомозиготы по CCR5-D32 (см. ниже) в европейских популяциях составляют не более 1 %, в африканских их вообще нет (Gonzalez E. et al., 2001). Более подробно о вариантах таких генов и их роли в инфекционном и эпидемических процессах можно прочитать в обзоре P. Singh et al. (2008). Но вернемся к морфологии очага нециклической инфекции. Если смотреть на его структуру с точки зрения поддержания эпидемического процесса, то нельзя не отметить иерархичность в построении тех его элементов, которые поддерживают постоянную инфицированность популяции:
Само наличие в популяциях людей LTNP- и HEPS-индивидуумов создает иллюзию возможности прекращения пандемии ВИЧ/СПИДа. Индивидуумы, имеющие повышенную резистентность к возбудителю
«Молчащие педиатрические инфекции» («silent pediatric infections»). Суть феномена заключается в обнаружении провирусной ДНК ВИЧ в мононуклеарных клетках крови серонегативных детей, родившихся от ВИЧинфицированных родителей несколько лет назад (рис. 78).
A. Схема соответствия ПЦР-амплификации провирусному геному ВИЧ. Праймеры, использованные для детекции LTR (1A–4A) и GAG (1B–4B) участков ДНК, показаны небольшими тонкими стрелками. PCR-амплификаты (Alu/LTR-4) участка ДНК Alu-HIV LTR были подвергнуты второму циклу ПЦР с помощью специфического праймера LTR-1-UIRH-4 (большие стрелки). Б. ПЦР-амплификаты ДНК мононуклеарных клеток серопозитивных детей: пациент 1 (P1) (a — c), P2 (a — d), P3 (a — c), P4 (a), P5 (a — b), P6 (a — b), P7 (a — c) и P8 (a, b). Дорожка, обозначенная как IIIB — результат исследования ДНК мононуклеарных клеток детей с серологически подтвержденной ВИЧ-инфекцией (серопозитивных). NI — результат исследования ДНК мононуклеарных клеток заведомо неинфицированных ВИЧ детей. По Р. Vаґzquez et al. (2006)
Эпидемическая опасность и масштабы такого феномена неясны. Его нельзя отождествлять с торможением ВИЧ-инфекции у LTNP- и HEPSиндивидуумов (см. выше). У последних репликация вируса все же происходит, о чем свидетельствует сероконверсия и обнаружение вирусной РНК в сыворотке пациентов. Является ли такой тип течения ВИЧ-инфекции абортивным, или это проявление эндогенизации вируса, станет окончательно ясно только через несколько десятилетий.
CCR5-рецептор. Это древний хемокиновый рецептор, сформировавшийся еще до появления позвоночных животных. Экспрессируется на поверхности моноцитов/макрофагов, дендритных и микроглиальных клеток и активированных Т-клеток. Одновременно он является основным корецептором, посредством которого ВИЧ проникает в клетку. Физиологическое предназначение CCR5-рецептора еще только устанавливается. Видимо, у многоклеточных организмов оно зависит от иерархического уровня иммунной реакции, в которой участвуют клетки — носители данного рецептора. На самом нижнем уровне, моделируемом только в условиях эксперимента (in vitro), клетки, экспрессирующие CCR5-рецептор, после взаимодействия с лигандом мигрируют в направлении его большей концентрации. Утратив данный рецептор, клетка утрачивает способность к миграции (см. Yurchenko E. et al., 2006).
Ген рецептора расположен на хромосоме 3p21.3. Сам рецептор представляет собой белковую молекулу, формирующую семь трансмембранных доменов, образующих три петли на поверхности клетки (см. разд. 2.3, «Реликтовая иммунная система человека»). Полиморфизм гена CCR5 может проявляться как замедлением ВИЧ-инфекции, так и, наоборот, ускорением ее течения (см. табл. 25). Ниже речь идет только о наиболее распространенной и изученной мутации гена — делеции CCR5-Δ32.
Обычно такая мутация проявляется преждевременным стоп-кодоном (stop codon). Ген рецептора полностью инактивируется (knockout deletion variant), CCR5-корецептор не экспрессируется на поверхности клетки, что ведет к эффективной рестрикции проникновения макрофаготропных ВИЧ в макрофаги людей (Liu R. et al., 1996) и к торможению перехода болезни на стадию СПИДа (Buseyne F. et al., 1998). Лица, гомозиготные по аллели CCR5-Δ32, не имеют рецепторсвязывающих сайтов для макрофаготропных ВИЧ. У гетерозигот этот рецептор составляет менее половины от уровня зрелого CCR5, находящегося на поверхности фагоцитирующих клеток гомозигот с неизмененным рецептором (рис. 79).
А. Локализация генов CCR2, CCR5 и других хемокиновых рецепторов на хромосоме 3p21.3. По Р. Singh et al. (2008). Б. Роль рецептора CCR5 в развитии ВИЧ-инфекции: (1) оболочечный гликопротеин gp120 на поверхности ВИЧ связывается с CD4 и корецептором CCR5 на поверхности макрофага; (2) гомозиготы по CCR5-Δ32-делеции не имеют корецептора CCR5 на поверхности макрофагов. Поэтому они устойчивы к инфицированию макрофаготропными вариантами ВИЧ. По P. W. Hedrick, B. C. Verrelli (2006)
Макрофаги и циркулирующие в периферической крови Т-клетки экспрессируют оба рецептора, хотя количество CXCR4 (см. разд. 3.2, «Генерализация ВИЧ») у Т-клеток меньше, чем на макрофагах. М-тропность у ВИЧ вызвана способностью белковых структур его оболочки связываться с CCR5 и проникать в оба типа макрофагов, а также в циркулирующие в крови Т-клетки. Т-тропный ВИЧ преимущественно связывается с CXCR4 и проникает в Т-клетки или Т-клеточные линии макрофагов. Поэтому устойчивость к ВИЧ относительна даже у гомозигот по делеции CCR5-Δ32. Из генов других хемокиновых рецепторов, мутации в которых снижают восприимчивость человека к ВИЧ, исследователи отмечают производные CCR2. Замена в 64-й позиции гена хемокинового рецептора CCR2 валина изолейцином приводит к тому же эффекту, что и делеция 32 п. о. в гене рецептора CCR5. Эффект обеих мутаций на прогрессирование ВИЧ-инфекции является аддитивным (McNicholl J. еt al., 1997).
Распределение аллели Δ32 ограничено Европой, где у гетерозигот ее можно выявить с частотой 4–16 %. Частота встречаемости аллели снижается в направлении с севера на юго-восток — с 16 % в Северной Европе до 6 % в Италии, и 4 % в Греции (рис. 80).
Черными точками отмечены географические координаты забора проб. По J. Novembre et al. (2005).
Наиболее распространены носители аллели Δ32 в Балтийском регионе (Швеция, Финляндия, Эстония и Латвия), Беларуси. Их количество увеличивается в отдельных местностях Франции, в таких российских городах как Москва и Рязань, Волго-Уральском регионе России, у евреев-ашкенази (Ashkenazi Jews). Носители аллели Δ32 практически не встречаются среди африканских и азиатских народов (Novembre J. et al., 2005). Р. Singh et al. (2008) обнаружили только одного гомозиготного носителя CCR5-Δ32 среди 460 здоровых людей на севере Индии. Среди ВИЧ-инфицированных индийцев носителей таких мутаций им обнаружить не удалось.
Предложены разные объяснения неравномерного распределения мутаций CCR5-Δ32 в популяциях людей. Наиболее популярными среди ученых в начале текущего десятилетия оказались две гипотезы: 1) связывающая распространение аллели Δ32 с расселением викингов; 2) предполагающая селекцию людей с данной мутацией во время пандемии чумы «черной смерти» (1346–1351 гг.). Причем для обоснования последней теории сделано предположение о значительно большей устойчивости к возбудителю чумы людей, носителей мутации CCR5-Δ32 (Galvani A., Slatkin M., 2003).
Эти гипотезы встретили трудности из-за противоречащих им фактов. Обобщенные в работе S. Hummel et al. (2005) результаты исследования образцов ДНК из скелетов людей, умерших более чем 2900 лет назад, свидетельствуют о сходстве частот встречаемости CCR5-Δ32 мутаций среди людей Бронзового века и современных (рис. 81).
Цифрами указано количество исследованных образцов ДНК. Чума — люди, умершие от чумы. Голод — люди умершие от голода. По S. Hummel et al. (2005)
Среди людей Бронзового века, живших на территории современной Германии, мутация встречалась у 11,8 %, но и 9,2 % современных немцев гетерозиготны по CCR5-Δ32. S. Hummel et al. (2005) не нашли значительных различий в частотах встречаемости таких мутаций среди людей, погибших от чумы в XIV в., и современных европейцев (см. рис. 81). Сохранились даже различия в частоте встречаемости CCR5-Δ32 на севере и юге Европы, по крайней мере, они не менялись за 200-летний промежуток времени. Sabeti P. C. et al. (2005), используя новые генетические карты, «отодвинули» появление CCR5-Δ32 на 5 тыс. и более лет. Эти данные «перечеркивают» первую гипотезу, но не в пользу второй.
J. Mecsas et al. (2004) сравнили в экспериментах и по литературным данным восприимчивость мышей к Yersinia (Y. pestis и Y. pseudotuberculosis), Listeria, Cryptococci и Leishmania, гомозиготных по CCR5-Δ32. Макрофаги таких мышей утрачивают способность к ответу на воспалительный белок 1b (inflammatory protein-1b). У людей мутация CCR5-Δ32 является нейтральной. У мышей, гомозиготных по CCR5-Δ32, иммунологические нарушения проявляются только тогда, когда иммунная система испытывает нагрузку. Мыши, гомозиготные по CCR5-Δ32, отличаются от контрольных повышенной восприимчивостью к инфицированию Listeria, Cryptococci, Leishmania и Yersinia. Данные J. Mecsas et al. (2004) противоречат гипотезе о положительной селекции людей с CCR5-Δ32 мутациями во время масштабных вспышек чумы. Скорее всего, имела место элиминация носителей такой аллели (т. е. отрицательная селекция).
«Змеиный клубок». ВИЧ/СПИД-пандемия — это многокомпонентный и постоянно усложняющийся процесс. Помимо двух десятков СПИД-ассоциируемых инфекций, находящихся в причинно-следственной связи с распространяющимся ВИЧ (см. разд. 3.2), ВИЧ/СПИД-пандемия дала следующие эпидемические «новинки».
1.
2.
3.
4.
5.
6.
I. A. Эритроматозное (еrythematous) и отечное (edematous) пятно на правой щеке первого пациента. Б. Эритроматозное, хорошо отграниченное пятно на правом предплечье второго пациента. II. A. Гистопатология биопсии поврежденных проказой тканей первого пациента соответствует небольшой туберкулоидной гранулеме в дермисе, разъединенной через отек около волосяного фолликула. Стрелки определяют границы зоны с небольшим скоплением эпителиоидных гистиоцитов (epithelioid histiocytes), которые окружены «мантией» из лимфоцитов. Участок повреждения окрашен гемотоксилинэозином. Первоначальное увеличение — 200 раз. Б. Гистопатология биопсии повреждений ткани второго пациента показывает хорошо организованные туберкулоидные гранулемы (tuberculoid granulomas) в дермисе. Стрелки определяют границы области, богатой эпителоидными гистиоцитами, с многочисленными лимфоцитами, инфильтрировавшими на периферию. Повреждение окрашено гемотоксилинэозином. Первоначальное увеличение — 100 раз. Оба ВИЧ-инфицированные пациента обнаружили первый тип лепрозной реакции в отсутствие антиретровирусной терапии. У первого пациента, 36-летней женщины, кожные поражения появились за год-полтора до проведения HAART. На момент данного наблюдения вирусная нагрузка не определялась, CD4+ T-клетки — 120/мм3. Второй пациент, мужчина, 32 года. ВИЧ-инфекция уже 8 лет, кожные поражения не менее двух лет, никакого лечения не получал. Вирусная нагрузка — 85 400 копий/мл; CD4+ T-клетки — 353/мм3
7.
Синдром отмечен у 20–30 % пациентов, совмещающих антиретровирусную терапию с противотуберкулезной. Развитие СВИ у больных туберкулезом объясняют тем, что обусловленное HAART резкое повышение числа специфических Т-лимфоцитов приводит к взрывному усилению иммунного ответа на антигены микобактерий. Обычно СВИ развивается тогда, когда от начала противотуберкулезной терапии до начала HAART проходит около 2 месяцев (Breen R. A. et al., 2005). Самый большой срок для туберкулезной инфекции, описанный в литературе, составил полтора года (Cailhol J. et al., 2008). Синдром описан у пациентов, коинфицированных нетуберкулезными микобактериями, вирусами гепатита В и С, цитомегаловирусами (Pereira G. A. et al., 2004).
Эволюционные процессы в ВИЧ-инфицированных популяциях людей. «Откат» иммунной системы человека почти на 600 млн лет назад к иммунной системе первых многоклеточных организмов предоставляет новые эволюционные возможности микроорганизмам-оппортунистам (см. разд. 3.2, «Эволюционный смысл ВИЧ-инфекции»).
Резистентность М. tuberculosis к изониазиду у иммунодефицитных людей развивается не путем приобретения новых генов, а утратой имеющихся. Ген, кодирующий чувствительность туберкулезной палочки к изониазиду, локализуется на плазмиде или хромосоме возбудителя туберкулеза и определяет синтез фермента, активизирующего изониазид, который и убивает М. tuberculosis. В иммунодефицитных популяциях М. tuberculosis утрачивает этот ген, и антибиотик остается неактивным, ВИЧ-инфицированные люди, одновременно инфицированные резистентными к лекарственным препаратам штаммами М. tuberculosis, погибают всего за несколько недель. Такие штаммы с начала 1990-х гг. распространяются и среди иммунокомпетентных людей (Бердсли Т., 1993).
Следовательно, в организме больных СПИДом и с иммунодефицитами другой этиологии создаются условия для дегенеративной эволюции возбудителей инфекционных болезней. Отбор более специализированных дегенеративных вариантов осуществляется в организме больных СПИДом из большого количества мутантов неспециализированных микроорганизмов-оппортунистов, активно размножающихся в отсутствии селективного давления иммунной системы. Видимо, это распространенный механизм эволюции паразитов в иммунодефицитных организмах. Согласно правилу «прогрессирующей специализации» Ш. Депре (1876), «группа, вступившая на путь специализации, в дальнейшем развитии будет идти по пути все более глубокой специализации».
Возвращение оспы. Натуральная оспа «угасала» со середины XVIII в. В ее «ликвидации» основную роль сыграли: 1) цикличность оспенных пандемий; и 2) эпидназдзор в сочетании с вакцинацией населения, примененные в глобальных масштабах в период угасания последнего цикла оспенных пандемий (см. разд. 4.2.2, «Почему невозможно использовать вакцинацию в борьбе с ВИЧ/СПИД-пандемией»). Ликвидация эндемичной натуральной оспы в 1960–1970-х гг. в странах, находящихся к югу и юго-востоку от Сахары, происходила на фоне широко распространившихся менее опасных штаммов вируса (типа minor, см. разд. 3.1). Вызываемые такими штаммами оспоподобные болезни под разными названиями (аластрим, санага, самоа и др.) были известны ранее, однако длительное время они не были преобладающими. Любопытен механизм снижения вирулентности ВНО. Выполненные несколько лет назад молекулярно-генетические исследования вирусов, выделенных в последних очагах натуральной оспы, показали, что геномы менее вирулентных для людей штаммов отличаются от геномов высоковирулентных возбудителей натуральной оспы увеличением своих размеров за счет увеличения количества ITR. В то же время основная часть генома вируса остается неизмененной (табл. 26).
Изолят (страна), год выделения | Тип | Смертельные исходы, % | Размер ITR, пары оснований
Harvey (Англия), 1944 | major | 27,3 | 518
Bangladesh (Бангладеш), 1975 | major | 18,5 | 725
Congo (Конго), 1970 | major | 9,6 | 793
Somalia (Сомали), 1977 | minor | 0,4 | 1051
Считающийся последним очаг оспы, ликвидированный в 1977 г. в Сомали, был вызван штаммом ВНО типа minor. Смертность в очаге не превышала 0,4 %. И если быть строгим в терминах, то эта болезнь по клинике уже не была натуральной оспой, а представляла собой оспоподобную болезнь — аластрим. Приведенные данные свидетельствуют о возможности двух самостоятельных процессов: 1) приспособительном мутировании в ходе эпидемий самого вируса в направлении образования маловирулентных штаммов. Такие штаммы накапливаются в популяции ВНО за счет увеличения количества инвертированных терминальных повторов; 2) повсеместном исчерпании в первичных природных резервуарах высоковирулентных для людей вариантов вируса (например, из-за исчезновения простейших, в которых ВНО ведет себя как облигатный паразит). Первая гипотеза может помочь в объяснении причин исчезновения ВНО во второй половине ХХ в. Вторая — в объяснении механизмов возвращения высоконтагиозных для людей ортопоксвирусов. Теперь присмотримся к геному ВНО, воспользовавшись данными, приведенными в работе С. С. Маренниковой и С. Н. Щелкунова (1998).
Если следовать формальной логике публикаций, объясняющих патогенность микроорганизмов приобретением ими «генов патогенности» (например, учебники Борисова Л. Б., 2001; Воробьева А. А. с соавт., 1994), то ВНО должен быть безобидным. У него разрушена ОРТ гена белка, обладающего IL-1бета-связывающей активностью, считающегося фактором патогенности. Однако вирус вакцины (ортопоксвирус, используемый для иммунизации против вируса натуральной оспы) синтезирует этот белок. У ВНО утратил свое значение ген 3бета-гидроксистероиддегидрогеназы (3бета-HSD), играющий важную роль в биосинтезе стероидных гормонов. Стероидные гормоны также обуславливают столь необходимые ВНО иммуносупрессию и противовоспалительное действие. Тем не менее вирус их утрачивает. В отличие от вируса вакцины и вируса оспы коров, у ВНО разрушены ОРТ всех белков межклеточных каналов (всего семейства!). С. С. Маренникова и С. Н. Щелкунов (1998) обратили внимание и на то, что по сравнению с маловируленым для человека вирусом вакцины, у ВНО за счет мутационных изменений разрушено значительное число других ОРТ.
У ВНО существует механизм, ограничивающий возможность его генетической рекомбинационной изменчивости по сравнению с другими видами ортопоксвирусов, характеризующимися относительно высоким уровнем перестроек геномов. У него необычайно маленького размера ITR — от 518 до 1051 п. о. С их увеличением вирус теряет вирулентность для человека (см. табл. 26). У вируса вакцины, имеющего более широкий круг хозяев, ITR на порядок больше: 10–12 т. п. о. Кроме того, разные штаммы вируса вакцины содержат различающиеся наборы генов. У ВНО ITR — это минимальный теломерный элемент, необходимый для репликации поксвирусной ДНК в клетке, и не более. С. С. Маренникова и С. Н. Щелкунов (1998) считают, что столь малый размер ITR существенно ограничивает возможность генетической рекомбинации ВНО.
Такая консервативность генома свидетельствует либо о приобретении необычайно глубокой адаптации ВНО к макрофагам человека уже после того как он сформировался как вид, либо ВНО адаптировался еще к эволюционным предкам человеческих макрофагов среди простейших. Разрушение рамок считывания генов ВНО — это такой же процесс дегенеративной эволюции, как утрата возбудителем чумы генов «вирулентности» или внутренними паразитами органов чувств, упрощение до предела нервной системы и исчезновение пищеварительной у ленточных червей — они им больше не нужны. Отбор перестал следить за формированием структуры, и этого оказалось достаточно, чтобы она исчезла (о феномене паразитизма см. у Медникова Б. М., 1982). Рассмотрим при каких обстоятельствах может произойти адаптация к макрофагам человека вируса — эволюционного предшественника ВНО, т. е. становление его как ВНО.
Ортопоксвирусу, циркулирующему в различных природных резервуарах, например среди простейших (первичный резервуар) или грызунов (вторичный резервуар), нет необходимости проходить сложный путь эволюции, сопровождающийся приобретением новых генов. Чтобы стать высокоспециализированным паразитом, достаточно попасть в такие условия, когда многие собственные гены перестанут поддерживаться естественным отбором. Эти условия создаются в иммунодефицитных организмах. Причем, чем шире иммуннодефицитная прослойка среди населения, тем больше возможностей для специализации и отрыва от исходного природного резервуара имеется у паразита, использующего первую стратегию (рис. 83).
G. Werner и соавт. (1968), еще до обнаружения ВИЧ, провели ряд интересных экспериментов, показавших, что у иммунодефицитных особей возможно значительное снижение специфичности заражения поксвирусами. По их данным, у облученных кроликов вирус вакцины вызывал острую болезнь. У облученных крыс, обычно абсолютно невосприимчивых к вирусу этромелии (вирус оспы мышей), инфицирование этим вирусом вызывало острую инфекцию с 30 % смертностью. Аналогичное явление могло наблюдаться и среди иммунодефицитных людей в прошлом, только с той поправкой, что инфекционные процессы происходили при жесткой конкуренции между несколькими видами ортопоксвирусов, чьи экологические потребности оказались сходными. Полиморфизации вирусов, накоплению их специализированных дегенеративных форм способствовало отсутствие селективного давления со стороны иммунной системы. В эпидемических цепочках, образовавшихся в социально организованных и плотных «популяциях» людей, большую возможность сохраниться имели подтипы возбудителей, вызывающих болезнь с острым течением и массивным выделением вируса в окружающую среду. Одновременно пассированием через особи с различной степенью иммунодефицитности происходил отбор более вирулентных производных.
Глобальный многовековой цикл циклических и нециклических инфекций (глобальный пандемический цикл). Образование в процессе эволюции ВНО из менее специализированных осповирусов, циркулирующих в популяциях простейших организмов и/или в популяциях контактирующих с людьми млекопитающих, было случайным событием. Разумеется, как случайность, может рассматриваться сохранение вируса в простейших — эволюционных предках макрофагов человека. Однако ВНО оказался идеальным антагонистом возбудителей нециклических инфекций, вызывающих развитие иммунодефицитных состояний у «мыслящих» приматов, склонных не только к размышлениям о своем доминировании в природе, но и к созданию крупных, социально организованных общин.
При достижении определенного уровня плотности иммунодефицитной составляющей среди населения, ее опутывает «змеиный клубок» возбудителей опасных инфекционных болезней циклического типа. Отдельные иммунодефицитные лица становятся звеньями эпидемических цепочек, по которым распространяются возбудители контагиозных инфекций с длительным инкубационным периодом и течением, «оторвавшиеся» от своих природных резервуаров (возбудители туберкулеза; возможно, проказы и др.; см. разд. 2.2, «Микобактерии») (рис. 84).
Постепенно количество высоковосприимчивых звеньев в цепочках увеличивается. Эпидемии приобретают упорное течение. С ростом ВИЧинфицированности населения на отдельных территориях или в СКС количество высоковосприимчивых звеньев в эпидемических цепочках возрастает настолько, что позволяет вовлекаться в эпидемические процессы возбудителям контагиозных инфекций с непродолжительным инкубационным периодом и быстрым течением болезни. Среди них тысячелетиями «лидировала» натуральная оспа, как единственная контагиозная инфекция, передающаяся воздушно-капельным путем и имеющая относительно других антропонозов продолжительный инкубационный период (до 14 суток) и высокую вирулентность для людей. Эта совокупность свойств ВНО позволяла натуральной оспе в прошлом охватывать население города (страны), распространяясь по принципу «из дома в дом», приводя к гибели людей с иммунодефицитами различной этиологии.
ВНО
А. Фотография больного со сливной формой натуральной оспы. По П. Н. Бургасову, Г. П. Николаевскому (1972). Б. Сливная оспа, старинный рисунок. По В. Губерту (1896).
Обычно тяжелые формы натуральной оспы развиваются у лиц с нарушенными Т- и В-клеточным ответами на ВНО
У людей с нарушенными Т- и В-клеточными ответами болезнь сопровождается обильным выделением вируса из носоглотки. В условиях социально организованного общества, предполагающего высокую плотность совместно проживающих людей, формируются эпидемические цепочки от людей с нарушенными Т- и В-клеточным ответам к иммунокомпетентным.
Среди иммунокомпетентных людей оспа развивается в легких и среднетяжелых формах. У переболевших людей формируется иммунитет к ВНО. Но у ВИЧ-инфицированных лиц возможны два варианта течения оспенного процесса даже после вакцинации ослабленными штаммами вируса.
В результате элиминации из эпидемического центра (очага) возбудителями циклических монопандемий носителей ВИЧ-инфекции, эпидемические цепочки, по которым распространяется ВИЧ, «обрываются». ВИЧ перестает самоподдерживаться на данной территории или в данной СКС. Однако он еще может туда «заноситься» благодаря эпидемическому градиенту с другими территориями. Но теперь
По мере распространения ВНО на смежные с очагом ВИЧ/СПИДа территории, эпидемическое давление очага на них снижается, эпидемические сети рвутся, эпидемия ВИЧ/СПИДа вступает в стадию угасания. Формирование иммунной к ВНО прослойки среди населения и элиминация из популяций людей носителей мутаций, определяющих генетические дефекты иммунной системы, приводит к вытеснению ВНО в детские возраста, и его поддержанию среди людей как возбудителя детской болезни с незначительной смертностью. На рис. 86 представлена модель глобального многовекового цикла циклических и нециклических инфекций.
Судя по последним датировкам времени появления аллели Δ32 (см. выше «CCR5-рецептор»), в европейских популяциях людей ВИЧ присутствовал еще с тех времен, когда разрозненные и малочисленные праевропейские племена шли за отступающими ледниками на север Европы. Из-за небольшой численности и рассеянности они были менее уязвимы для возбудителей острых контагиозных инфекций (т. е. инфекций циклического типа), в том числе и ВНО. Эпидемические цепочки ВИЧ и подобных вирусов среди европейцев поддерживались сравнительно долго, возможно до античных и даже до сокрушительных раннесредневековых эпидемий контагиозных болезней, собирательно называемых тогда «чумой». Постепенное и повсеместное истребление носителей экзогенных ретровирусов среди людей ВНО способствовало увеличению продолжительности жизни и репродуктивного периода человека.
Формирование первых государств в истории человеческой цивилизации (V–IV тысячелетие до н. э.) происходило именно вдоль путей естественного распространения ВНО из регионов Центральной Африки (долина Нила, Ближний Восток, Месопотамия). Возбудитель натуральной оспы и ВИЧ неоднократно проникали в Древний Египет из своих природных резервуаров в Центральной Африке (первичных — в простейших, вторичных — среди позвоночных организмов) вместе с людьми, двигавшимися вниз по Нилу. ВНО выступал в качестве антагониста ВИЧ, обрывая его распространение масштабными оспенными эпидемиями. Последнее нашло отражение в соответствующей мифологии. Еще А. П. Лопухин (1867) заметил, что в Древнем Египте предание о потопе изменено было в том смысле, что «нечестивый род человеческий наказан был язвой, истребившей его весь, за исключением немногих лиц, ставших родоначальниками человечества».
Люди негроидной расы, пришедшие в Центральную Африку с севера уже после образования там ВНО, подвергались его селективному давлению на протяжении нескольких тысяч лет. И это давление продолжалось до проведения полной противооспенной иммунизации населения региона в 1950–1970-х гг. Эпидемические цепочки, тянущиеся к людям от спорадических возникающих резервуаров ВИЧ в популяциях приматов, весь этот период были блокированы ВНО. Поэтому африканцы не имеют мутантных аллелей гена CCR5 и более чувствительны к ВИЧ, чем европейцы.
Среди европейцев территориальное распределение аллели Δ32 соответствует активности реликтовых очагов чумы. Наибольшее количество таких очагов расположено на юге Европы. Эти же очаги были наиболее активны в период последних полутора тысяч лет (см. разд. 4.1.2, «Пандемии чумы»). Так как люди с мутантной аллелью гена рецептора CCR5 имели всегда меньше шансов выжить во время чумы, то их количество на территориях, наиболее часто «посещаемых» чумой, минимально.
Теперь вернемся в Центральную Африку и посмотрим, каков конечный результат нашей «победы» над натуральной оспой, естественного ограничителя распространения ВИЧ-инфекции? Для многих африканских племен оспа была связана с какими-то преданиями, ей поклонялись как наиболее почитаемому божеству. Один из наиболее почитаемых богов у нигерийского племени йоруба — бог оспы Сапоне (рис. 87).
Но не только африканцы видели в эпидемиях оспы мистический смысл. В Китае и Европе с глубокой древности натуральную оспу почему-то считали «очистительной болезнью». Ни одно другое эпидемически распространяющееся заболевание не удостоилось такой чести (подробнее о мифах, связанных с натуральной оспой, см. у Губерта В., 1896).
В 1990-х гг. эпидемическая ситуация «южнее Сахары» стала хуже, чем она была в 1960-х гг. Теперь там доминирует ВИЧ, и, видимо, неслучайно. Если наложить друг на друга карту заболеваемости натуральной оспой в Африке в начале 1960-х гг. и карту инфицирования африканцев ВИЧ в 1990-х гг., то нетрудно заметить, что их границы совпадают (см. Eradication de la variole…, 1968; и Андерсон Р., Мей. Р., 1992, соответственно). Этот факт означает то, что население именно тех стран, где сейчас повсеместно распространен ВИЧ, к началу 1960-х гг. было поражено ВНО в значительно большей степени, чем в других регионах Африки. В условиях повсеместного распространения ВНО, люди, больные СПИДом, и носители ВИЧ-инфекции не могли долго существовать (см. 1950-е гг. на рис. 74). Эндемический ВНО обрывал цепочки,
по которым распространялся эндемический для данного региона ВИЧ. В результате ВИЧ не имел возможности эволюционировать, его законсервированные в более древних гоминидах варианты ничем не успевали проявляться у людей на фоне других массовых инфекций. Снятие этого селективного давления спровоцировало глобальное распространение ВИЧ и гибель миллионов людей.
Нециклические пандемические процессы представляют собой иное природное явление, чем пандемии циклического типа.
1.
2.
3.
4. Как вариант исхода ретровирусной пандемии может иметь место эндогенизация вируса и изменение эволюционной траектории вида H. sapiens.
4.3. «Болезни эндогенной ретровирусной активности»
Патологические последствия взаимодействия эндогенных ретровирусов и ретроэлементов с экзогенными ретровирусами, имеющие место в масштабе жизни отдельного человека, кратко охарактеризованы в разд. 3.3. Ниже я изменю масштаб времени рассматриваемой проблемы с жизни отдельного человека, до жизни его как вида, т. е. до временных интервалов, в которые дают о себе знать эволюционные процессы.
Инфицирование ретроэлементами генома таксона. Также как у микроорганизмов-паразитов, у паразитических ретроэлементов есть свои излюбленные территории (в геноме хозяина, разумеется), где они существуют миллионы лет, притом что виды их хозяев меняются. LTR-ретроэлементы равномерно распределены между AT- и GC-богатыми участками ДНК (AT- and GC-rich DNA). Но Alu-элементы (относятся к «не-LTR-ретроэлементам», классификацию ретроэлементов см. в разд. 1.2) «предпочитают» регионы, богатые по GC (GC-rich regions). Установлена строгая корреляция между плотностью активно транскрибируемых генов (что и отражает повышенное содержание GC) и плотностью Alu-элементов. Отдельные хромосомы, такие как 19-я, содержат большое количество Alu-элементов. Хромосома Y, наоборот, показывает нехарактерно низкую плотность Alu-элементов относительно содержания GC, что связывают с накоплением в этой хромосоме псевдогенов. В противоположность Alu, LINE аккумулируются в регионах, богатых AT (AT rich regions). Последние содержат меньшее количество транскрибируемых генов, чем богатые по GC участки ДНК. SINE, так же как и Alu, зависят от транспозиции в составе LINE. Однако их повышенное содержание в участках ДНК, богатых GC, пока непонятно (Nelson P. N. et al., 2004).
Закономерности распределения по хромосомной ДНК интегрировавшихся с ней последовательностей ДНК, производных от HERV, еще на стадии изучения. Фиксация в пределах генома человека эндогенных ретровирусов коррелирует с генной плотностью (gene density, т. е. количеством генов на м. п. о.). Чем выше генная плотность в каком-то участке хромосомы, тем менее вероятно обнаружение в этом участке HERV или их «следов» виде solo-LTR. Достоверной корреляции фиксации эндогенных ретровирусов со скоростью рекомбинации в конкретном участке хромосомы не обнаружено (Katzourakis A. et al., 2007).
«Новые» ретроэлементы в геномах эукариотов проходят через этапы «взрывов амплификации» («bursts of amplification»), когда они активно амплифицируются в их геноме в течение нескольких десятков миллионов лет. Такой процесс, если его представить в виде графика вне масштаба времени, похож на показанный на рис. 68 для распространения эпидемий (эпизоотий) циклического типа и даже имеет фазу инфекции, которую по аналогии можно назвать носительством (когда ретроэлементы утрачивают способность к транспозиции, но сохраняются в геноме клетки).
На рис. 88 показана приблизительная шкала времени формирования мобильных элементов в геноме современного вида человека.
Общая шкала соответствует периоду эволюционной истории приблизительно в 120 млн лет, т. е. захватывает период господства рептилий. По оси Х показан процент замен различных вставочных последовательностей относительно их консенсусных последовательностей для генома современного вида человека. По оси Y — процент, который эти ретроэлементы составляют в геноме современного вида человека. Процент замен относительно консенсуса коррелирует с возрастом вставок. Чем он больше, тем древнее вставки. Ретроэлементы L2 и MIR утратили активность более 120 млн лет назад. Большинство из «недавно» проявивших активность ретроэлементов составляют L1 и Alu. «Пик» их размножения в эволюционно предшествующих человеку видах имел место 60 млн лет назад. В последние несколько десятков миллионов лет наблюдается снижение их активности. По Р. Deininger, М. Batzer (2002)
MIR и L2-элементы имеют более раннее происхождение, чем L1 и Alu. Весь период эволюционной истории ретроэлементов, отраженный на рисунке, MIR и L2 не были активны. Вероятно и то, что MIR относились к SINE-элементам, зависящим от активности L2. Иначе говоря, они имеют эволюционные параллели друг с другом. Взрыв активности ретроэлементов соответствует интродукции в геном нового ретроэлемента. Обратная транскрипция и клеточные механизмы рекомбинации ДНК создают условия для эволюции ретроэлементов в уже существующих видах (рис. 89).
Стрелкой с точками показана генерация генетических элементов через обратную транскрипцию. Сплошными стрелками показано приобретение ретроэлементами новых элементов через рекомбинацию. P — промотор; AAAA — поли(А) — хвост; ► — прямой повтор (клеточная ДНК); J — сайт связывания праймера; Ψ — пакующий сигнал; * — полипуриновый участок (polypurine tract)
Чем более быстро амплифицируется ретроэлемент, тем большее количество копий он образует в геноме хозяина, которые, в свою очередь, вовлекаются в репликацию и транспозицию. Эта тенденция оказывает негативное влияние на жизнеспособность организма вследствие вставочного мутагенеза, неправильных рекомбинационных актов между «рассеянными» по геному ретроэлементами, делеций ДНК и других процессов, вызванных транспозиционной активностью ретроэлементов.
Эпидемиология не-LTR-ретроэлементов. В геноме современного человека активны два представителя данного семейства ретроэлементов: короткие вставочные элементы (short interspersed elements, SINE) с преобладанием Alu-повторов; и длинные терминальные вставочные повторы (long-terminal interspersed elements, LINE), представленные автономными L1-последовательностями. Их описание приведено в разд. 1.2.
Вставочный элемент[35] | Разрушенный ген/болезнь | Размер вставки | 3’-трансдукция (есть или нет)[36] | Сайт вставки | Ориентация вставки
JH-27 | Фактор VIII/гемофилия | 3,8 кб. | Нет | Экзон | Смысловая
JH-28 | Фактор VIII/гемофилия | 2,2 кб. | Нет | Экзон | Смысловая и переставленная
JH-25 | Фактор VIII/гемофилия | 681 нт. | Нет | Интрон | Смысловая
APC | APC/аденоматозный полипоз кишечника | 538 нт. | Есть | Экзон | -
Dystrophin | Dystrophin/мышечная дистрофия | 608 нт. | Нет | Экзон | Смысловая
Dystrophin | Dystrophin/мышечная дистрофия | 878 нт. | Нет | Экзон | Смысловая
JH-1001 | Dystrophin/мышечная дистрофия | 2,0 кб. | Есть | Экзон | Смысловая и переставленная
L1бета-thal | бета-глобин/бета-талассемия | 6,0 кб. | Нет | Интрон | Антисмысловая
L1XLCDM | Дистрофин/ | 524 нт. | Нет | Экзон | Антисмысловая
L1RP | RP2/пигментированный ретинит | 6,0 кб. | Нет | Интрон | Антисмысловая
L1CYB | CYBB/хронический гранулематоз | 1,7 кб. | Есть | Экзон | Смысловая и переставленная
L1CYB | CYBB/ хронический гранулематоз | 940 нт. | Нет | Интрон | Смысловая
L1FCMD | Fukutin/Fukuyama-type мышечная дистрофия | 1,1 кб. | Нет | Интрон | Сайта-мишени для дупликации нет, делеция в 7 нуклеотидов
L1FIX | FIX/Гемофилия В | 520 п. о. (460 п. о. от L1) | Нет | Экзон | Смысловая
Из четырнадцати вставок, систематизированных в табл. 27, двенадцать представляют собой «усеченные» L1-элементы длинной от 50 п. о. до 3,8 кб. Три из четырнадцати вставок ассоциированы с трансдукцией 3’-фланкирующих последовательностей. Из тринадцати, вызвавших болезнь вставок L1, девять приходится на экзоны и, вероятно, они представляют собой вставки несмысловых кодонов в кодирующие последовательности или вызывают «перестановку» разрушенных экзонов. В четырех случаях вставки L1 в интроны вызвали «пропуск экзонов» (exon skipping), подавление транскрипции или снижение стабильности ервичного транскрипта. Например, вставки L1 в интрон гена фукутина (fukutin gene), обнаруженные у пациента с мышечной дистрофией Fukuyama-типа, и в интрон CYBB-гена у пациентов с хроническим гранулематозом, привели к альтернативному сплайсингу мРНК этих генов. Вставки полноразмерного L1 в интрон гена бета-глобина у пациентов с бета-талассемией и в ген RP2 у пациента с ретиноидным пигментозом (retinitis pigmentosa) привели к блокированию у них синтеза мРНК соответствующих генов. В тринадцати из четырнадцати описанных в табл. 27 патологических процессов, L1-вставки имели место уже в зародышевой линии, однако такая хронология появления вставок не является правилом. Они могут происходить и в соматических клетках. Например, это установлено для случаев, когда вставка L1 в экзон адематозного полипоза кишечника (adenomatous polyposis coli, APC) привела к раку толстого кишечника (Ostertag E. M., Kazazian H., 2001).
Ген | Болезнь | Субсемейство Alu | Инсерционный сайт | Ориентация | De novo (да или нет)
NF1 | Нейрофиброматоз | Ya5 | Интрон | Антисмысловая | Да
BCHE | Ахолинэстеразомия | Экзон | Смысловая | Нет
F9 | Гемофилия В | Ya5 | Экзон | Смысловая | Да
CASR | Семейная гипокальйурическая гиперкальцемия | Ya4 | Экзон | Антисмысловая | Нет
BRCA2 | Рак груди | Y | Экзон | Смысловая | Нет
APC | Наследственная десмоидная болезнь[38] | Yb8 | Экзон | Смысловая | Нет
BTK | Х-связанная агаммаглобулинемия | Y | Экзон | Антисмысловая | Да
IL2RG | Х-связанный тяжелый комбинированный иммунодефицит | Ya5 | Интрон | Антисмысловая | Нет
EYA1 | Бранхио-ото-ренальный синдром | Ya5 | Экзон | Антисмысловая | Да
FGFR2 | Синдром Аперта | Ya5 | Интрон | Антисмысловая | Да
FGFR2 | Синдром Аперта | Yb5 | Антисмысловая | Да
ADD1 | Болезнь Хангтингтона | - | Интрон | Смысловая | Нет
GK | Дефицит глицеролкиназы | Ya5 | Интрон | Антисмысловая | Нет
C1NH | Дефицит ингибитора С1 | Y | Интрон | Смысловая | Нет
PBGD | Острая интермиттентная порфирия | Ya5 | Экзон | Антисмысловая | Нет
MIVI-2 | Ассоциируют с лейкемией | Ya5 | ? | ? | Да
FIX | Гемофилия В | Ya3al | Экзон | Антисмысловая | Нет
FIX | Гемофилия В | - | Экзон | Смысловая | Нет
RVIII | Гемофилия А | Yb8 | Экзон | Антисмысловая | Нет
KIND1 | Синдром Киндлера | YaSx | Экзоны | Делеция | Нет
MEN1 | Множественная эндокринная неоплазия I типа[39]| Alu-повтор | Экзоны и интроны | Делеция | Да
Механизм развития патологического процесса, вызванного перемещением по геному человека Alu-элементов, рассмотрим на примере развития синдрома Киндлера (KS) — редко встречающейся аутосомно-рецессивной болезни, характеризующейся кожными поражениями в виде волдырей (skin blistering), фотосенсибилизацей и прогрессирующей пойкилодермией. Большинство случаев KS — результат мутации в гене KIND1, кодирующем белок киндлин-1 (kindlin-1), компонент фокальной адгезии в кератиноцитах (focal adhesions in keratinocytes). Ген KIND1 картирован на хромосоме 20p12.3, его протяженность 48,5 кб., состоит из 15 экзонов. Физиологические функции кодируемого им белка известны не полностью. Делеция, вызвавшая развитие синдрома у 4 пациентов, имеет протяженность 3,9 кб. Она захватывает экзоны 10 и 11 KIND1, что приводит к синтезу клеткой усеченной молекулы мРНК киндлина-1 и вызывает развитие характерных для KS кожных поражений (рис. 90).
А. Обилие повторяющихся элементов в пределах интронов 9 и 11 KIND1. Ориентация и тип повторяющихся последовательностей показаны кончиком стрелки, размер которой пропорционален длине соответствующего повтора. Две AluSx-последовательности вовлечены в делецию протяженностью 3,9 кб.(показаны кончиками стрелок серого цвета). Делеция вложена в повторы AluSx, что свидетельствует о рекомбинации между гомологичными участками Alu.Б. Клинические признаки и результаты биопсии кожи у больных с KS: 1) признаки пойкилодермии на коже шеи и ниже уха; 2) атрофия кожи, проявляющаяся тем, что кожа на дорсальной поверхности руки пациента напоминает сигаретную бумагу (сigarette paper-like atrophy); 3) ультраструктурный анализ кожи пациента с KS, показывающий редупликацию lamina densa (стрелки). Черная линия соответствует 0,85 мк. По С. Has et al. (2006)
Большинство таких ретроэлементов в геноме человека фланкировано через L1-подобные TSD. 5ґ-конец SVA-элемента полной длины состоит из вариабельного количества (CCCTCT) — гексамерных повторов, следующих за последовательностью, гомологичной антисмысловой последовательности Alu-подобного элемента (стрелка соответствует приблизительно области гомологии), VNTR-регионом, SINE-R-регионом и AATAAA poly A-сигналом, следующим сразу за poly A-хвостом, обозначенным на схеме как A(n). SINE-R-последовательность связана с 3ґLTR-последовательностью HERV-K10 (регионы идентифицированы и процент тождественности указан). По Е. Ostertag et al. (2003)
Полноразмерный SVA-элемент неизвестного происхождения ретротранспозировал в пустой сайт на хромосоме 4 (первый транспозиционный акт). После нескольких ретротранспозиционных актов он вставился в экзон 5 гена a-спектрина на хромосоме 1. Однако интеграционный процесс привел к «усечению» 5ґ-конца SVA-элемента и его инверсии в сравнении с положением предшественника в хромосомах 3 и 4. РНК соответствует прерывистая линия, ДНК — сплошная. Ген SPTA1 «пропускается» при транскрипции. В результате такой мутации у человека развивается наследственный эллиптоцитоз. По Е. Ostertag et al. (2003)
Из четырех SVA-вставок, вызывающих болезни у людей, две обнаружены в экзонах и приводят к их «пропуску» при транскрипции мРНК. Так происходит «выключение» генов BTK и SPTA1 (см. рис. 92). В первом случае у человека развивается Х-связанная агаммаглобулинемия (X-linked agammaglobulinemia); во втором — наследственный эллиптоцитоз (hereditary elliptocytosis). Две других мутации ассоциированы с резким снижением уровня экспрессии мРНК соответствующих генов: ARH и FCMD. В обоих случаях SVA-вставки имеют значительный размер (2600 и 3062 п. о. соответственно) (Chen Jian-Min et al., 2006).
Количество копий SVA в геноме человека относительно невелико, особенно если сравнивать с почти 500 тыс. копий L1 (L1 ~ в 170 раз больше) и более чем с миллионом копий Alu (Alu ~ в 1300 раз больше). Однако эта статистика может отражать эволюционную молодость SVA-элементов. То, что для современного вида человека SVA-элементы могут представлять большую опасность, говорит количество недавно возникших через механизм ретротранспозиции патологических мутаций (Ostertag E. et al., 2003).
Исследования вставок ретротранспозонов, выполненные в последние годы, позволили выявить до 14 генетических болезней (см. табл. 27), возникших недавно или de novo в результате вставок L1; и, как минимум, 21 болезнь, вызванную вставками Alu (см. табл. 28). На этом фоне четыре генетических дефекта, вызванные ретротранспозицией SVA (см. выше), резко контрастируют с относительным количеством таких элементов в геноме человека. Ретротранспозиционная активность малочисленных SVA, сопровождающаяся развитием наследственной патологии у человека, только в 3,5 раза меньше, чем у L1; и в 5,3 раза, чем у Alu. Они, как и L1, способны ретротранспозироваться в клетки зародышевой линии и имеют промотор, экспрессирующийся в таких клетках (germline-specific promoter).
В эволюционном аспекте интересно также и то, что вставки SVA в ген fukutin, вызывающие врожденную мышечную дистрофию Фукаяма-типа, не возникли de novo, но и появились они не более чем 102 генерации назад, т. е. за несколько веков до того, как протояпонские племена начали мигрировать на Японский архипелаг с Корейского полуострова. Сегодня в Японии такая форма мышечной дистрофии является наиболее распространенной (Colombo R. et al., 2000).
Эпидемиология LTR-ретроэлементов. Описание LTR-ретроэлементов приведено в разд. 1.2. Ниже будет рассмотрена роль в развитии патологических процессов тех из них, которые подпадают под определение «эндогенные ретровирусы».
Семейство | Члены семейства | Количество копий в геноме/предыдущая классификация | Экспрессия мРНК | Экспрессия генов белков | Структура генома | Праймер-связывающий сайт | Хромосомная локализация | Комментарий
HERV-H/RTVL-H Класс I | RTVL-H2; RGH2 | Мультикопийный типа С, 800-1000 копий, плюс около 1000 отдельных LTR | LTR-gag-pol-env — LTR мРНК экспрессируется в клетках карциномы плоского эпителия легких; тератокарциномных клеточных линий; В-лимфобластоидных клеточных линиях, полученных от больных с множественным склерозом | 62 кДа белок, соответствующий гену env | Сильно «усеченный» провирус | tRNAHis | Копии во всех хромосомах с концентрацией в хромосомах 1p и 7q | В определенных условиях может иметь место комплементация и полная экспрессия
HERV-E Класс I | HERV-E клон 4–1 | Мультикопийный типа С; 50-100 копий | Отдельные LTR и env-содержащие мРНК, экспрессирующиеся в нормальной плаценте, ткани молочной железы и клетках колонокарциномы | 38 кДа белок env; без формирования частиц | Полноразмерный геном — 8,8 кб.; | Усеченный геном — 6 кб. (утрата последовательности env) | tRNAGlu | — | Изменение тканеспецифической экспрессии в слюнных железах для гена амилазного комплекса вследствие вставки LTR HERV-E в промоторный регион
ERV-9 Класс I | — | Ретровирус типа С | В недифференцирующихся NT2/D1-клетках и в клетках тератокарциномы можно обнаружить РНК-транскрипты ERV-9 размером от 8, 2 и 1,5 кб. | Сильно «усеченный» провирус | tRNAArg | — | Избирательная экспрессия белка с участком, называемым «цинковый палец» (см. «Словарь терминов»)
HERV-R Класс I | ERV3 | Отдельные копии ретровируса типа С | Высокая экспрессия в плаценте и клеточной линии U937, низкая экспрессия в тканях тимуса, легких, молочной и поджелудочной желез | 65 кДа белок env | Полноразмерный — 9,9 кб. | tRNAArg | Хромосома 7 | Экспрессия мРНК вызывается стероидными гормонами
HRES-1 Класс I | — | Отдельные копии элемента на гаплоидный геном | Обнаруживали мРНК, соответствующую LTR и gag-регионам HRES-1 | Кодирует 28 кДа gag-белок в Т-клетках человека Н9 | — | — | Картированы в общем ломком сайте (common fragile site); хромосома 1 в 1q42 | Антитела к HRES-1 специфическим синтетическим пептидам обнаружены у пациентов с MS, SLE и синдромом Шегрена | HERV-W
(MSRV) Класс I | — | Мультикопийный тип С | LTR-gag-pol-env — LTR, rev мРНК-эксперессия в плаценте и яичках | Ген env кодирует 65 кДа белок слияния (синтицин) | — | — | — | Обнаружен у больных с MS человека. Содержит, по крайней мере, 70, 100 и 30 связанных с HERV-W | участков gag, pro и env, соответственно
HERV-K Класс II | HERV-K10 | Мультикопийный мозаичного типа эндогенный проретровирус; 50 копий на гаплоидный геном | LTR-gag-pol-env — LTR, rev мРНК-эксперессия; высокий уровень в тератокарциномных клеточных линиях, рака яичек; экспрессия env-гена HERV-K клетках рака молочной железы; низкий уровень — в плаценте и нормальных тканях; экспрессируется в периферических лимфоцитах крови | gag, кORF, протеаза, интеграза, полимераза, env, rev; формируются ретровирусные частицы | Полная нуклеотидная последовательность HERV-K10; 8,8 кб. | tRNALys | — | Индукция мРНК HERV-К возможна в клетках рака молочной железы человека путем добавления прогестерона и эстрадиола
HERV–L Класс II | — | Мульткопийный тип | pol, LTR-gag-polмРНК обнаруживается в тканях при ревматоидном артрите, клетках синовиальной жидкости, плаценте, раковых клетках молочной железы | Неизвестно | — | tRNALeu | — | —
Скорость образования делеций в геноме HERV зависит от его возраста. У «недавно вставившихся» в геном человека ретровирусов (т. е. уже после дивергенции гоминоидов и предков современных обезьян) скорость образования делеций почти в 200 раз выше, чем у тех, кто интегрировался с геномом «давно», т. е. до дивергенции (рис. 93).
Большими точками и сплошной линией (в пределах доверительного интервала) показаны экспериментальные данные; маленькие точки соответствуют расчетным величинам (на каждые 1000 генераций). По R. Belshaw et al. (2007)
«Полноразмерность» генома HERV весьма относительна. HERV представляют собой
До настоящего времени опубликовано очень немного работ, касающихся ассоциации вставочного полиморфизма HERV и отдельных нозологических форм болезней у людей. Все эти работы касаются полноразмерных HERV-К113 и HERV-К115. Их обычно находят у лиц, страдающих аутоиммунными болезнями. Но и здесь можно обнаружить любопытную закономерность, описанную в разд. 1.3, «Инфицированность лентивирусами диких животных», правда, наблюдаемую уже в другом масштабе времени — эндогенные ретровирусные инфекции также как и экзогенные, локализованы территориально. У 96 (
Эти географические вариации показывают, что оба ретровируса
Процесс распространения HERV-K113 сопровождается распространением патологии, которую обычно не считают инфекционной. В Соединенном Королевстве HERV-K113 был обнаружен у 15,6 % (
Последовательности ДНК HERV и LINE наиболее эффективно экспрессируются в эмбриональных тканях, таких как зародышевая линия (germ line) или в раковых клетках. Например, экспрессия оболочечных белков HERV-K установлена в большинстве случаев рака молочной железы, но их невозможно обнаружить в здоровых тканях этого органа (Wang-Johanning F. et al., 2003). Разнообразная патология возникает в результате повышенной экспрессии генов, вызванной их переходом под «контроль» промоторов HERV (Kidwell M. G., Lisch D., 1997). J. R. Landry et al. (2002) обнаружили слитый транскрипт, содержащий LTR HERV-E, связанный с геном Mid1 (Синдром Опица, Opitz syndrome). Ими установлено, что изоформа мРНК Mid1 была транскрибирована с ретровирусной LTR. Хотя такие транскрипты выявлены во всех исследованных тканях, в количественном отношении они преобладали в тканях плаценты и эмбриональных тканях почки (Nelson P. N. et al., 2004).
HERV вносят свой вклад в нестабильность генома человека посредством различных перестановок участков хромосомной ДНК и ретротранспозиционных актов (Jae-Won H. et al., 2006). Кроме того, они вызывают патологические процессы у людей по следующим механизмам: 1) разрушают гены в участках собственной интеграции; 2) подавляют или стимулируют иммунные ответы; 3) модулируют синтез белков, оказывающих патологическое действие на клетки, в которых происходит их синтез. Упрощенно такие механизмы показаны на рис. 94.
Многие из «недавних» HERV, представленные в геноме человека, содержат функционирующие промоторы, энхансерные последовательности и сигналы полиаденилации (polyadenylation signals). Они могут нарушать или, наоборот, усиливать экспрессию генов хозяина вблизи сайта интеграции благодаря промоторной активности LTR. Вирусные белки, такие как Gag или Env, могут подавлять или стимулировать иммунные реакции либо оказывать прямое действие на клетки, в которых они экспрессируются. По D. Moyes et al. (2005)
Суперантигенные свойства HERV и многокомпонентные нециклические инфекционные процессы. Суперантигены стимулируют экспансию большого количества T-клеток (5–20 %, отсюда термин «суперантиген»; см. «Словарь терминов»). Накоплено много доказательств того, что отдельные вирусы, вызывающие болезни у людей, могут проявлять суперантигенные свойства, например, вирус Эпштейна — Барра (EBV). Однако тщательный анализ генома EBV не позволил выявить гены, кодирующие белки, которые могли бы обладать такими свойствами. N. Sutkowski et al. (2001) обнаружили возможную связь между EBV-инфекцией и суперантигенной активностью HERV-K, проявляющуюся аутоиммунными болезнями. Ими было показано, что HERV-K18 имеет три аллели, найденные в первом интроне CD48 (СD — от cluster designation; CD48 — Ig-структура на поверхности лейкоцитов, вызывающая костимуляцию Т-клеток) в обратной ориентации. Каждая аллель оболочечного гена HERV-K кодирует суперантигены. N. Sutkowski et al. (2001) предположили, что EBV трансактивируют гены CD48, ассоциированные с HERV-K18-суперантигенкодирующими генами, что объясняет ассоциацию между EBV-инфекцией и Vb-специфической Т-клеточной активацией. Аналогичный эффект получается в результате транскрипции генов HERV-K, индуцированных ICP0 — ранним белком вируса герпеса первого типа (Kwun H. J. et al., 2002).
В организме человека EBV использует стратегию паразитизма первого типа (см. разд. 3.1). У большинства людей он вызывает типичную циклическую инфекцию, называемую
Результаты этих исследований предполагают прямую связь между циклически развивающейся вирусной инфекцией и иммунными ответами у лиц с HERV-K, сохранивших способность к экспрессии генов белков с суперантигенными свойствами. У таких лиц инфекционный процесс, вызванный паразитом, использующим стратегию первого типа (см. гл. 3), развивается как нециклический. Чем более инфицированы человеческие популяции полноразмерными HERV, тем чаще у отдельных лиц будут фиксироваться случаи нециклического течения инфекционных болезней, вызываемых микроорганизмами, использующими стратегию паразитизма первого типа. По сути, тут речь идет о разновидности многокомпонентного инфекционного процесса (см. разд. 3.3), в котором участвуют полноразмерные HERV.
Эндогенные ретроэлементы и ретровирусы появляются в геноме человека в результате вызванных экзогенными ретровирусами эпидемических (эпизоотических — если иметь ввиду наших отдаленных предков) процессов, однако патология, возникающая в результате их активности, не относится учеными к инфекционной, а их распространение по виду H. sapiens не считается эпидемией. Причина тут в том, что понимание инфекционных и эпидемических процессов у нас ограничено представлениями о циклических инфекциях (эпидемиях), развивающихся в масштабах времени, воспринимаемых человеком на бытовом уровне. Процессы, растягивающиеся во времени на периоды, выходящие за эти рамки, а тем более начавшиеся в эволюционно предшествующих видах, уже кажутся несуществующими и распадаются на отдельные явления без понимания причинно-следственных связей между ними. Тем не менее, если судить по приведенным в разделе данным, такие процессы происходят в объективной реальности как инфекционные.
Распространение генетических паразитов на видовом уровне можно рассматривать как циклические эпидемии, правда, в рамках сверхмедленных в нашем ощущении времени циклов (см. рис. 88 и 93). Для них, также как и для эпидемических процессов, вызываемых паразитами, использующими стратегию первого типа, можно выделить следующие стадии.
Разумеется, это идеальная схема, так как виды не появляются «с чистого листа» и наследуют ретроэлементы и генетические дефекты своих предшественников.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Представив на суд читателей эту работу, я, естественно, озабочен тем, чтобы меня правильно поняли. Для этого в книгу включено около сотни рисунков, выводы и положения подкреплены ссылками на соответствующие источники. В современной эпидемической ситуации наиболее важным, на мой взгляд, является избавление от иллюзий, основная из которых — это убежденность в том, что мы знаем о микроорганизмах и об эпидемиях все. Современная микробиология и эпидемиология сформировались в период, когда происходило угасание природных очагов возбудителей многих опасных инфекционных болезней, что ошибочно мы и приняли за «торжество человеческого разума». Те инфекционные, эпидемические и пандемические процессы, в противодействии которым нам удалось добиться успехов в ХХ в., развиваются как циклические. У иммунокомпетентного человека инфекционный процесс такого типа ограничивается Т- и В-системами иммунитета. При наличии механизма передачи возбудителя между инфицированными людьми или от природного резервуара к людям развивается циклический эпидемический процесс. Он длится от нескольких месяцев (например, эпидемии чумы в городах), до нескольких лет (пандемии гриппа). Такой эпидемический процесс конечен. Возбудитель инфекционной болезни перестает «вбрасываться» в популяции людей из своих природных резервуаров, среди охваченного эпидемией населения города формируется иммунная прослойка, эпидемические цепочки разрываются, эпидемия прекращается. С эпидемиями данного типа борются традиционными противоэпидемическими мероприятиями, описание которых можно найти в учебнике по эпидемиологии. Они и есть тот шаткий фундамент, на котором в настоящее время построена борьба с более опасным явлением — нециклическими инфекциями и пандемиями.
Механизм V(D)J-рекомбинации, лежащий в основе специфичности и разнообразия белков Ig-SF у индивидуума, и, в частности, работы Т- и В-систем иммунитета у позвоночных, сформировался у клеточных организмов еще в архее на основе механизмов, используемых ретроэлементами для своего размножения. Он в принципе не может «работать» против ретровирусов. Поэтому ВИЧ вызывает нециклический инфекционный процесс, не контролируемый иммунной системой человека и не заканчивающийся его выздоровлением. Сама же ВИЧ/СПИД-пандемия развивается как нециклическая и представляет собой больше эволюционную проблему, чем медицинскую. Эволюционный процесс среди многоклеточных организмов (по крайней мере, из царства животных) реализуется через клетки, которые мы относим к иммунной системе. Благодаря им происходит размножение и накопление экзогенных ретровирусов до какой-то критической массы, позволяющей некоторым из ретровирусов эдогенизироваться в зародышевой линии отдельных особей инфицированного вида. В дальнейшем они передаются вертикально, меняя эволюционную траекторию вида по механизму симпатрического видообразования. Исходные виды уничтожаются неспособными к эндогенизации экзогенными ретровирусами, либо другими факторами естественного отбора.
Уже по перечисленным выше причинам в борьбу с ВИЧ/СПИД-пандемией необходимо внести серьезные коррективы. По любому, даже произвольно взятому аспекту, нециклические инфекционные и эпидемические процессы противоположны циклическим. Поэтому в борьбе с ними мы не можем использовать те мероприятия, которые применяли для борьбы с чумой, оспой, гриппом и другими инфекциями циклического типа. Но тогда какие? Чтобы ответить на этот вопрос, его сначала необходимо поставить, а затем добиться взаимопонимания среди ученых по необходимости такого переосмысления эпидемической ситуации — это
Те идеологизированные мероприятия, которые навязаны нам ВОЗ и «западными партнерами» в 1990-х гг., и которые должны были предупредить распространение ВИЧ-инфекции по России, не работают. И не потому что мы в России их плохо осуществляем на практике, они нигде не работают, и не могут работать в принципе. Почему-то напрочь забыто то, что они разработаны не на основе научного понимания механизмов и опасности пандемии, а в начале 1980-х гг. складывались стихийно, когда основной контингент ВИЧ-инфицированных составляли люди с гомосексуальной ориентацией и когда спасительную вакцину ожидали «со дня на день». Гомосексуализм, конечно, не преступление, и к этому выбору человека можно относиться с пониманием, но вот построить борьбу с самой опасной из когда либо свирепствовавших пандемий на основе принципов толерантности и соблюдения всевозможных «прав и свобод» сексменьшинств, и не пожалеть большинства ради уже обреченного меньшинства, могли только либо сумасшедшие, либо злонамеренные личности. С тех пор эпидемическая ситуация в мире сильно изменилась, в России она изменилась радикально. На момент принятия Государственной думой в 1995 г. Закона «О предупреждении распространения в Российской Федерации заболевания, вызываемого вирусом иммунодефицита человека», в стране была тысяча зарегистрированных ВИЧ-инфицированных россиян, сегодня их почти 500 тыс. Поэтому
Надо быть готовым к тому, что меры, которые реально могут сдержать ВИЧ/СПИД-пандемию, должны планироваться на сотни лет вперед. Разумеется, они должны представлять собой не разовые акции типа раздачи шприцов наркоманам или презервативов людям, не желающим менять свое сексуальное поведение в эпоху СПИДа; и не «репрессивные меры», которыми так любят пугать людей апологеты идеологических подходов к борьбе с пандемией. Изолировать почти 50 млн человек не только невозможно, это ничего не даст в борьбе с пандемией, имеющей столько неизвестных составляющих. ВИЧ/СПИД-пандемия не только территориальный, но и временной процесс. Поэтому нужно выигрывать у нее время, например, за счет постепенного снижения риска передачи ВИЧ между людьми.
Оказать же какое либо противодействие «болезням эндогенной ретровирусной активности» вряд ли мы сегодня сможем, но изучать их целесообразно именно как проявление сверхдлительного эпидемического цикла ретроэлементов. Исследуя динамику этого процесса можно заглянуть в будущее вида Homo sapiens.
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
Адаптация (англ. adaptation) — в широком смысле слова — любое приспособление; в
Амебо-резистентные бактерии (англ. amoeba — resistant bacteria, ARB) — бактерии, которые способны размножаться в свободно живущих амебах, не подвергаясь разрушению.
Апоптоз (англ. apoptosis) — программированная клеточная смерть как нормальный физиологический процесс.
Антропоцентризм (англ. anthropocentrism) — философское воззрение на человека как на центр и высшую цель развития живой природы.
Анагенез (англ. anagenesis) — тип эволюционного процесса, близкий к прогрессу. Для него характерны возникновение нового типа организации и расцвет группы. Характеризуется усложнением органов, совершенствованием их деятельности и автономизацией развития.
Архейская эра (англ. Archeozoic era) — древнейшая период в геологической истории земли (3,8 млрд. — 1,5 млрд. лет назад), в течение которого возникли одноклеточные формы жизни, среди них микроорганизмы и синезеленые водоросли, выделяющие в атмосферу свободный кислород.
Видообразование аллопатрическое (англ. allopatric speciation) — процесс видообразования, основанный на пространственной изоляции популяций — они подвергаются действию разных направлений естественного отбора и не способны обмениваться генетической информацией, в результате происходит генетическая дивергенция, ведущая к нескрещиваемости и соответственно к формированию новых видов.
Видообразование симпатрическое (англ. sympatric speciation) — возникновение нового вида внутри одной-единственной локальной популяции без участия механизмов географической изоляции, т. е. без пространственной изоляции данных популяций.
Высокоактивная антиретровирусная терапия (ВААРТ; highly active antiretroviral therapy, HAART) — лечение ВИЧ-инфицированного пациента тремя или более антиретровирусными препаратами, в число которых входят ингибиторы протеазы или ненуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы.
Генная плотность (англ. gene density) — количество генов на миллион пар оснований.
Гондвана (англ. Gondwanaland) — гигантский древний материк (суперконтинент) в Южном полушарии, включавший Южную Америку, Африку, Индию, Антарктиду и Австралию.
Демон Дарвина (англ. Darwin ' s demon) — так Айзек Азимов называл
Дендритные клетки (англ. dendritic cell) — класс фагоцитирующих клеток, захватывают антигены и мигрируют в лимфатические узлы и селезенку, способны представлять антиген в иммуногенной форме на своей поверхности; сильные антигенспецифические стимуляторы Т-клеток. Различают несколько типов таких клеток: тимуса, лимфатических узлов, слизистых оболочек, а также зародышевых центров — мест концентрирования В-лимфоцитов в лимфоидной ткани. Наиболее характерная морфологическая особенность — наличие разветвленных псевдоподий; предполагается, что клетки Лангерганса (белые отростчатые эпидермоциты) и вуалевые клетки лимфы представляют собой предшествующие, этапные формы Д.к. тимуса и лимфатических узлов.
d N / d S — соотношение (англ. d N / d S — ratios) — соотношение несинонимических замен (d N) к синонимическим заменам (d S). Используется для выявления филогенетических различий между геномами (их филогенетическими ветвями), сравниваемых по нуклеотидным последовательностям. Мутации, которые ведут к несинонимичным аминокислотным заменам, наиболее вероятно нарушают функции белковой молекулы, чем мутация, приводящая к синонимичной замене (привести примеры). Соотношение d N / d S меньше 1 показывает, что в отношении данного признака имела место очищающая селекция (purifying selection); больше единицы, то имела место позитивная селекция; и обратно, если селекции не было (нейтральная эволюция), то соотношение должно быть равным единице.
Естественный отбор (англ. natural selection, the survival of the fittest) — преимущественное выживание особей, более приспособленных к конкретным условиям среды, что приводит к изменению выраженности тех или иных признаков в ряду поколений популяции; основной фактор эволюции живой природы.
Изохоры (англ. isochores) — длинные, в среднем 300 т. п. о. участки геномов, различных по таксономическому положению организмов, характеризующиеся сходным нуклеотидным составом; картирование И. является эффективным методом установления путей хромосомной эволюции высших таксономических категорий.
Инадаптация (англ. inadaptation) — совокупность несовершенных приспособлений, возникающая у отдельных групп животных в ходе эволюции и обусловливающая впоследствии вымирание этих групп.
Инбридинг (англ. inbreeding) — скрещивание близкородственных форм в пределах одной популяции организмов.
Интерлейкины (англ. interleukins) — группа цитокинов, опосредующих активацию и взаимодействие иммунокомпетентных клеток в процессе иммунного ответа, а также регулирующих процессы миело- и эритропоэза.
Интрон (англ. intron) — часть гена, переписывающаяся в РНК, но затем из нее удаляемая ферментативным путем при образовании зрелой мРНК; эта часть не кодирует белок.
Капози саркоматоз (Kaposi' s sarcomatosis; син. множественный геморрагический саркоматоз Капози) — множественные узелки, расположенные симметрично на дистальных отделах конечностей. Пятна, узелки, бляшки уплотнения различного размера имеют синеватый, красновато-коричневый цвет, округлую или неправильную форму, слегка выступают над уровнем кожи. Затем узелки сливаются, отдельные имеют бородавчатый вид, изъязвляются. Кровоизлияния придают опухоли темно-бурую окраску. Заболевают главным образом мужчины в возрасте 50–70 лет. Общее состояние длительно не страдает. Однако через несколько лет может наступить генерализация процесса, появляются метастазы в лимфатических узлах и внутренних органах. Гистологически — инфильтраты состоят из плазматических элементов, гистиоцитов, фибробластов. Характерно наличие кровоизлияний, значительные отложения гемосидерина, мелкие тяжи из эндотелиальных клеток, среди которых видны щели с эритроцитами. В опухолевой стадии появляется клеточный атипизм и митотические фигуры. Гистогенез опухоли не ясен. Многие ученые рассматривают заболевание как ангиоматоз в саркоматозной стадии процесса.
Кератиноциты (англ. keratinocytes) — клетки эпидермиса, многослойного эпителия. К. называются так потому, что характерной чертой их дифференцированного состояния является синтез кератина. От слоя к слою эти клетки изменяют свой внешний вид. Самый глубокий из внутренних слоев образован базальными клетками. В основном именно эти клетки делятся путем митоза. Над базальными клетками находится несколько слоев более крупных шиповатых клеток. Выше шиповатых клеток лежит слой зернистых клеток, он образует границу между внутренней метаболически активной зоной и самым наружным слоем, состоящим из мертвых клеток, в которых все внутриклеточные органеллы исчезли. Эти наружные клетки редуцированы до плоских чешуек, заполненных плотно упакованным кератином. По мере созревания, К. перемещаются из нижних слоев в верхние и, в конце концов, отпадают в виде роговых чешуек, уступая место новым поколениям клеток.
Кладогенез (англ. cladogenesis; син. истинное видообразование, дихопатрическое видообразование): 1) форма эволюции группы живых организмов, приводящая посредством дивергенции к увеличению числа отграниченных друг от друга видов, родов, семейств; 2) ветвящийся эволюционный процесс.
Коагулопатия (англ. coagulopathy) — собирательное обозначение болезненных состояний, обусловленных нарушениями физиологических механизмов свертывания крови.
Комменсал (англ. commensal) — сотрапезник, нахлебник, один из совместно живущих (постоянно или временно) организмов разных видов, извлекающий из этого известную пользу и не причиняющий другому организму вреда.
Лимфокины (англ. lymphokin es) — биологически активные вещества, гликопротеины с молекулярной массой 10 — 200 кД, синтезируемые и выделяемые лимфоцитами под действием антигена или неспецифического активатора (лектин и т. п.); обеспечивают кооперацию, координацию и регуляцию функций, обеспечивающих иммунный ответ клеток. К Л. относятся интерфероны, интерлейкины, лимфотоксины, факторы некроза опухолей и др.
Лимфома (англ. lymphoma) — группа злокачественных опухолей, развивающихся из лимфоидной ткани.
Метилирование ДНК (англ. methylation DNA) — процесс присоединения к нуклеотиду метильной группы. Функциональное значение метилирования ДНК заключается в транскрипционной инактивации хроматина, обусловленной надмолекулярными изменениями его компактизации.
Миелопатия (англ. myelopathy) — болезнь спинного мозга, которая приводит к моторной и сенсорной дисфункции.
Микросателлиты (англ. minisatellite DNA) — короткие тандемно повторяющиеся последовательности ДНК c длиной повторяющегося мотива от 2 до 6 нуклеотидов, формирующие более или менее однородные тракты протяженностью до сотен нуклеотидов. Особенностью данного класса повторов ДНК является высокая частота спонтанных мутаций, которая значительно возрастает при некоторых патологических состояниях. Повышенная частота мутаций М. локусов, так называемая
Миристиолирование (англ. myristoylation) — введение в белковую молекулу радикала миристоила, снижает ее гидрофильность.
Многокл е точный организм (англ. multicellular organism) — животные и растения, тело которых состоит из многих клеток и их производных (различные виды межклеточного вещества). Характерный признак М.о. — качественная неравноценность слагающих их тело клеток, их дифференцировка и объединение в комплексы различной сложности (ткани, органы), выполняющие разные функции в целостном организме. Для М.о. характерно также индивидуальное развитие (онтогенез), начинающееся в большинстве случаев (исключая вегетативное размножение) с делений и дифференцировки одной клетки (половой клетки, споры или др.).
«Молекулярные часы » (англ. molecular clock) — базовый постулат сторонников нейтральной эволюции. В соответствии с концепцией М.ч. , определив скорость молекулярной эволюции, можно по степени молекулярных различий между современными видами организмов установить время эволюционной дивергенции соответствующих филетических линий.
Нейротропизм (англ. neurotropism, neurotropy) — способность вируса к инфицированию клеток нервной системы.
Обратная транскриптаза (англ. reverse transcriptase, revertase) — фермент, осуществляющий ДНК-зависимый синтез ДНК и синтез ДНК на матрице РНК (обратная транскрипция); кроме того, фермент обладает активностью РНКазы Н (т. е. разрушает цепь РНК, входящую в состав ДНК/РНК-дуплекса). Синтезирует двуцепочечную ДНК на матрице геномной РНК ретровирусов, подготавливая ее для интеграции в геном клетки-хозяина.
Обратная транскрипция (англ. reverse transcription) — комплементарный синтез ДНК на матрице РНК при участии
Опсонизация (англ. opsonization) — процесс взаимодействия опсонинов с бактериями, в ходе которого последние становятся более восприимчивыми к действию фагоцитов. Опсонины прикрепляются к наружным стенкам бактерий, изменяя их физическую и химическую структуру.
Опсонин (англ. opsonin) — сывороточный фактор (иммуноглобулин G), который соединяется с попавшими в организм человека бактериями и таким образом повышает их восприимчивость к действию фагоцитов (в этом случае они с большей вероятностью будут поглощены и уничтожены фагоцитами).
Онтогенез (англ. o ntogeny, ontogenesis) — индивидуальное развитие организма, совокупность последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом от момента его зарождения до конца жизни.
Отбор (англ.
Панмиксия (англ. panmixis) — свободное скрещивание разнополых особей с различающимися генотипами.
Паразит (англ. parasite) — организм, использующий другого в качестве источника питания и (или) среды обитания, и обычно наносящий ему вред.
Плата за селекцию — процесс ослабления и ухудшения отдельных признаков и свойств организма, как правило сопровождающий направленный отбор его «улучшенных признаков».
Пойкилодермия (англ. poikiloderma) — сочетание: 1) сетчатой гипопигментации и сетчатой гиперпигментации; 2) истончения кожи и сморщивания кожи из-за атрофии эпидермиса; 3) телеангиэктазии. Пойкилодермия представляет собой не отдельную нозологическую единицу, а симптомокомплекс. П. встречается при хроническом лучевом дерматите, атрофической сосудистой П. , пигментной ксеродерме, дерматомиозите и других коллагенозах.
Признак (англ. character или trait) — морфологическое или физиологическое свойство, развитие которого является результатом действия генов и в каждом отдельном случае зависит от взаимодействия одного или многих генов с генотипической и внешней средой. П. в генетике является продуктом абстрактного обобщения.
Провирус (англ. provirus) — форма существования генома вируса, при которой этот геном (или его часть) полностью объединен с генетическим материалом клетки-хозяина в единые молекулы ДНК. В состояние провируса могут переходить не только ДНК-содержащие, но и некоторые РНК-содержащие вирусы, например, ретровирусы. В последнем случае образованию П. предшествует процесс обратной транскрипции, т. е. синтез ДНК при использовании в качестве матрицы молекулы вирусной РНК.
Протеасома (англ. proteasome) — белковый мультикаталитический комплекс, осуществляющий селективное разрушение белков в конце их жизненного цикла. В эукариотических клетках П. содержится и в ядре и в цитоплазме клеток. П. встречается также у архей и некоторых бактерий.
Простейшие (лат.
Протективный иммунитет — специфическая иммунная перестройка организма, выражающаяся в более или менее продолжительной невосприимчивости к повторному воздействию одного и того же типа и вида этиологического агента при новом заражении.
Протовид — совокупность самоотграничившихся от внешней среды морфологически сходных структур, способных к самоусложнению за счет химических и физико-химических процессов.
Псевдоген (англ. pseudogene) — последовательности, сходные с обычными структурными генами, но, как правило, не экспрессирующиеся с образованием функционально активных полипептидов. Один из основных механизмов образования П. — интеграция в геном копий ДНК, комплементарных зрелой молекуле мРНК, возникающих в результате её обратной транскрипции, т. е. образование процессированных П . Также П. могут образовываться вследствие дупликаций генов с последующей инактивацией копий мутациями. Как правило, П. обозначаются греческой буквой пси.
Рамка считывания (англ. reading frame) — нуклеотидная последовательность, выраженная в кодирующих триплетах, начинается со стартового кодона и заканчивается нонсенс-кодоном. Бывают: закрытая — Р.с. , внутри которой в результате мутации возникает стоп-кодон; открытая — участок ДНК между инициирующим и стоп-кодоном;
Ретровирусы (англ. retroviruses) — РНК-содержащие вирусы, имеющие в своем составе фермент обратную транскриптазу, копирующий РНК в ДНК, интегрирующуюся затем с геномом организма-хозяина.
Ретротраспозоны (англ. retrotransposones) — транспозоны, механизм транспозиции (перестановки по геному) которых полностью совпадает с частью жизненного цикла ретровируса, однако они лишены функциональной белковой оболочки и могут перемещаться лишь внутри какой-нибудь одной клетки и быть переданы ее потомкам.
Рибозимы (англ. ribosime) — РНК с каталитической активностью; впервые Р. были охарактеризованы при исследовании процессов аутосплайсинга предшественника 26S-рРНК у инфузории Tetrahymena thermophila. Они служат катализаторами при расщеплении и сшивании других молекул РНК. Многие Р. естественного происхождения катализируют расщепление самих себя или других молекул РНК, кроме того, образование пептидной связи в белках происходит при помощи рРНК рибосомы. Активная часть рибосомы — молекулярной машины, осуществляющей трансляцию белков из РНК — является Р . У Р. есть интересная особенность: максимум их активности приходится на низкие температуры. То есть они обеспечивают низкотемпературный катализ. Низкотемпературный катализ был двигателем эволюции в ту пору, когда жизнь только возникла.
Сапроноз (англ. sapronosis): 1) микроорганизм, являющийся аутохонным компонентом различных экосистем и не нуждающийся для своего поддержания в природе в циркуляции среди теплокровных организмов (термин предложен в 1958 г. В.И. Терских); 2) болезнь человека или животных, возбудители которой способны размножаться вне организма.
Серпины (англ. serpins, сокращение от serine protease inhibitor) — группа белков, которые имеют определённое структурное сходство между собой и многие из которых ингибируют сериновые протеазы, то есть протеазы, имеющие серин в активном центре. По многим элементам структуры С. сходны с такими ингибиторами протеаз, как альфа 1 — антитрипсин, антитромбин, ингибиторы фибринолиза. Большинство мутаций в С. локализуется в домене, контролирующем их конформационную подвижность, что приводит к образованию дополнительных?
Сиквенс (от англ. sequence — последовательность) — сленговый термин структурной геномики, означающий последовательность нуклеотидов в достаточно коротких отрезках ДНК, длиной примерно 1000 позиций. При прочтении нуклеотидной последовательности хромосомы она делится на такие короткие отрезки, после их расшифровки по ним восстанавливается единая последовательность нуклеотидов.
Симбионты (англ. symbionts) — совместно существующие организмы, в определенной степени, возлагающие один на другого задачи регуляции своих отношений с внешней средой.
Синдром Опица (англ. Opitz syndrome; синонимы: синдром телеканта-гипоспадии, ВВВ-синдром, гипертелоризма — гипоспадии синдром) — при данном синдроме отмечаются телекант или истинный гипертелоризм, гипоспадия, асимметрия черепа (плагиоцефалия), умственная отсталость, страбизм, крипторхизм, расщелина губы и неба, аномалии мочевыводящих путей. Кроме этого, у больных бывают врожденные пороки сердца, множественные липомы, невусы, эпикант, расщелина язычка, пупочные или паховые грыжи, неперфорированный анус. Заболевание наследственное.
Синдром Шегрена (англ. Sj o gren ' s syndrome, SS; син. сухой синдром) — аутоиммунное системное поражение соединительной ткани. Характеризуется вовлечением в патологический процесс желез внешней секреции, главным образом слюнных и слезных, и хроническим прогрессирующим течением. Проявления: сухой кератоконъюнктивит, светобоязнь, уменьшение слезоотделения, сухость слизистой оболочки рта, увеличение слюнных желез, прогрессирующий кариес зубов. Внежелезистые проявления: артралгии, миалгии, лимфаденопатия, поражения дыхательных путей, почек, синдром Рейно и др. Клиническая картина: сочетание сухого кератоконъюнктивита и ксеростомии (сухость во рту) с симптомами ревматоидного артрита или других аутоиммунных заболеваний. Сухость слизистых обусловлена лимфоцитарной инфильтрацией слезных, слюнных и других экзокринных желез по ходу ЖКТ и дыхательных путей. У половины боьлных отмечаются утренняя скованность, артралгия и артрит.
Система секреции бактерий — система доставки эффекторных молекул из бактерий в участки клетки хозяина, где они оказываются способными изменять его физиологию. Для осуществления секреции все системы используют энергию АТФ-гидролиза. I и III типы секретируют белки через внутреннюю мембрану и клеточную оболочку бактерии за одну стадию; секретируемые белки не делают промежуточной остановки в периплазматическом пространстве, как это наблюдается при II типе секреции. Системы I и III типа сходны еще тем, что они не удаляют какой-то части секретируемого белка. В противоположность этому N-концы белков, секретируемых
Сплайсинг (англ. splicing) — процесс «сшивки» молекул мРНК кодирующих участков (экзонов) после вырезания из первичного транскрипта (предшественника мРНК, пре-мРНК) последовательностей, не несущих никакой информации (интронов).
Сплайсинг альтернативный — ткане- и эмбрио-специфические различия по характеру вырезания интронов при процессинге РНК, транскрибируемой с одного и того же гена.
Сплайсинга сайт — каноническая последовательность динуклеотидов на границе экзон-интронных областей; необходима для правильного сплайсинга.
Суперантигены (анг. superantigens, SAGs) — определенные вещества, как правило, продукты мик робного происхождения, которые благодаря своей химической природе способны связывать антигенраспознающие рецепторы лимфоцитов не в местах активных центров, а в других участках рецепторов. Поэтому С. связывают Т-лимфоциты или иммуноглобулины
Теория нейтральных мутаций и случайного дрейфа генов в молекулярной эволюции (neutral mutation-random drift theory of molecular evolution or n. th. or n. mutation th.) — теория, согласно которой большинство нуклеотидных замен в течение эволюции является результатом случайной фиксации нейтральных или почти нейтральных мутаций, а не дарвиновского позитивного отбора (см. Отбор). Многочисленный белковый полиморфизм селективно нейтрален и сохраняется в популяции при установлении баланса между мутационным процессом и случайным исключением мутаций из генофонда. Нейтральные мутации нельзя считать нефункциональными, хотя они не обладают селективным преимуществом и не влияют на выживаемость и репродуктивные качества организмов, несущих эти мутации. Нейтральные мутации сохраняются в популяции вследствие действия случайного, а не естественного отбора, и из громадного количества гамет, продуцируемого в каждом поколении, отбирается относительно малое их количество, которое и представлено у особей следующего поколения. Теория предложена М. Кимурой
Тригер (англ. trigger) — последовательностная схема с положительной обратной связью с двумя устойчивыми состояниями 0 и 1.
Фагосома (англ. phagosoma) — фагоцитарные вакуоли в фагоцитах. У простейших крупные частицы захватываются в фагоцитарные вакуоли, которые сливаются с лизосомами. Продукты переваривания проникают в цитозоль и используются в качестве пищи. В многоклеточных организмах большинство клеток не способно эффективно поглощать крупные частицы. Для этой цели существуют фагоциты — специальные клетки осуществляющие фагоцитоз. Фагоцитарные вакуоли в фагоцитах так же, как у простейших, сливаются с первичными лизосомами и формируют вторичные лизосомы, в которых захваченный материал деградирует. Неперевариваемые вещества остаются во вторичных лизосомах, образуя остаточные тельца. Контакт микробной клетки с фагоцитом (макрофагом, нейтрофилом) приводит к образованию выростов мембраны — псевдоподий, окружающих чужеродную клетку, и к формированию вакуоли — фагосомы. Ф. погружается в клетку, где после слияния с лизосомами образует фаголизосому.
Фагоциты (англ. phagocytes) — макрофаги, моноциты, гранулоциты — мигрируют в очаг воспаления, проникая в ткани сквозь стенки капилляров, поглощают и переваривают антиген. Ф. представлены двумя популяциями: мононуклеарными фагоцитами (моноцитами/макрофагами) и полиморфноядерными гранулоцитами. Ф. обладают широким набором функций, играющих важную роль в поддержании низкого уровня инфицирования организма, в удалении денатурированных белков, остатков умерших клеток, тканей и различных продуктов из очага воспаления или инфицирования. Кроме того, макрофаги в процессе активации продуцируют значительное количество биологически активных соединений.
Филоподии (англ. filopodium) — движущие органеллы клетки (имеются у одноклеточных животных и у фагоцитрующих клеток многоклеточных организмов). Образованы радиально ориентированными короткоживущими пучками актиновых филаментов диаметром от 0.1 до 0.25 микрона. Образуют мостики с инфицированными клетками, по которым ретровирусы передвигаются и передаются в неинфицированные по типу «из рук в руки».
Эллиптоцитоз (англ. elliptocytosis; син. овалоцитоз наследуемый) — наличие значительного количества аномальных эллиптических эритроцитов в крови (эллиптоцитов). Э. может быть наследственным заболеванием или являться одним из симптомов некоторых заболеваний крови, например, миелофиброза или железодефицитной анемии. Только у 10–15 % пациентов наблюдают хроническую гемолитическую анемию (снижена осмотическая резистентность эритроцитов). У новорождённых может возникнуть желтуха; в мазках периферической крови обнаруживают уродливые и фрагментированные формы эритроцитов, а также характерные овоидные клетки. Постепенно Э. прогрессирует.
Хемокины (англ. chemokines) — низкомолекулярные цитокины, необходимые для миграции и активации нейтрофилов и моноцитов и привлечения этих клеток в очаг воспаления. Источником Х . служат эндотелиальные и эпителиальные клетки, фибробласты, нейтрофилы и моноциты. Х . действуют через рецепторы, состоящие из семи трансмембранных доменов и сопряженные с G-белками. Рецепторы Х . относятся к тому же типу поверхностных рецепторов, что и рецепторы классических хемоаттрактантов — трипептида формилметионил-лейцил-фенилаланина и фрагмента компонента комплемента С5а. Клетки, прибывшие первыми в очаг воспаления, способны в результате активации вызвать следующую волну лейкоцитарной миграции.
Циста (англ. cyst) — капсула или наружная оболочка, которой громадное большинство простейших окружается при временном переходе в особое состояние покоя. Переход в такое состояние покоя называется инцистированием и совершается простейшими или с целью размножения, или для переваривания в изобилии заглоченной пищи, или же, наконец, при наступлении неблагоприятных условий существования. В таком состоянии Ц. могут очень долго (до 10 лет) сохранять свою жизненную способность, безразлично, находятся ли они в воде или в воздухе, так что жизненные процессы в инцистированных простейших находятся как бы в скрытом состоянии (род спячки). При наступлении достаточно благоприятных условий существования, Ц. оживают, т. е. инцистированные простейшие, по восстановлении утраченных органов, разрывают оболочку Ц. и выходят из нее для продолжения действительной жизни. Ц. встречаются у пресноводных корненожек (Rhizopoda), y солнечников (Heliozoa), y всех Sporozoa, y громадного большинства Mastigophora и инфузорий, а также у весьма многих простейших одноклетных растений. В инцистированном состоянии совершается расселение этих животных и растений.
Шаперон (англ. chaperone) — класс белков, которые, препятствуя неправильным ассоциациям полипептидных групп, помогают правильному свертыванию или сборке других белков
Экзон (англ. exon) — часть гена, кодирующая участок структуры его продукта (белка, РНК) в ходе экспрессии гена экзоны образуют зрелую информационную РНК.
Экзонизация (англ. exonization) — процесс, посредством которого ген может приобрести новый альтернативный сайт сплайсинга. Обычно это происходит в результате мутации в уже существующей интронной последовательности гена, которая приводит к ее превращению в кодирующий регион мРНК, т. е. в экзон.
Энтелехия (англ. entelechia) — термин Аристотелевской философии. Рассматривалось Аристотелем как объяснительный принцип природной самоорганизации, форма, которая осуществляется в веществе; активное начало, которое превращает сначала возможность в действительность, а последняя приводит существование возможности к завершению.
Энтропия (англ. entropy) — величина, показывающая уровень уменьшения организованности структуры. То есть, чем большее значение принимает уровень организации структуры, тем меньшее значение принимает энтропия.
Энхансер (англ. enhancer) — регуляторная последовательность ДНК, которая: 1) многократно активирует транскрипцию связанного с ней промотора, причем транскрипция начинается с обычного сайта инициации синтеза мРНК; 2) действует в двух ориентациях (нормальная или инвертированная); 3) оказывает влияние, находясь на расстоянии более 100 п. н. в обе стороны от промотора. Механизм действия до конца не выяснен.
Энцефалит (англ. encephalitis) — морфологические изменения в головном мозге, связанные с воспалением и инфекцией, в том числе, лейкоцитарная инфильтрация и активация гигантских клеток; часто отмечается присутствие вирусного генома или антигенов.
Энцефалопатия (англ. encephalopathy) — болезнь головного мозга, которая приводит к поведенческим, когнитивным или моторным нарушениям.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Большая медицинская энциклопедия (под. ред. Н. А. Семашко). — М., 1932. — Т. 23. — С. 11.
Введение в молекулярную медицину // Под ред. М. А. Пальцева. — М., 2004.
Вирусология // Под ред. Филдса Б, Найпа Д., Ченока З. и др. — М., 1989. — Т. 3.
Еськов К. Ю. Удивительная палеонтология. — М., 2008.
Общая и частная вирусология // Под. ред. Жданова В. М. и Гайдамовича С. Я. — М., 1982. — Т. 2.
Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. — М., 1986.
Супотницкий М. В. Эффективное патентование средств специфической профилактики инфекционных заболеваний //Биотехнология. — 1997, № 9-10. — С. 56–79.
Таунбенбергер Дж., Рид Э., Фаннинг Т. Реконструкция вируса убийцы // В мире науки. — 2005. — № 4, С. 56–65.
Eradication de la variole. Repport d' un groupe scientifique de l'OMS. — Geneva, 1968. — P. 393.
Geijtenbeek T. B., Kwon D. S., Torensma R. et al. DC-SIGN, a dendritic cell-specific HIV-1-binding protein that enhances trans-infection of T cells // Cell. — 2000. — Vol. 100. — P. 587–597.
Ono M., Kawakami M., Takezawa T A novel human nonviral retroposon derived from an endogenous retrovirus // Nucleic Acids Res. — 1987. — Vol. 15. — P. 8725–8737
Reid A. H., Fanning T. G., Janczewski T. A. et al. Characterization of the 1918 «spanish» influenza virus matrix gene segment // J. о f Virology. — 2002. — Vol. 76, № 21. — Р. 10717—10722.
Shen L., Wu L. C., Sanlioglu S. et al. Structure and genetics of the partially duplicated gene RP located immediately upstream of the complement C4A and the C4B genes in the HLA class III region: molecular cloning, exon-intron structure, composite retroposon, and breakpoint of gene duplication // J. Biol. Chem. — 1994. — Vol. 269. — P. 8466–8476.
Supotnitskii M. V. After AIDS // Mendeleev Chemistry Journal. — 1995. — Vol. 40, № 2. — P. 189–208.
Taubenberger J.K., Reid A. H., Krafft A. E. et al. Initial genetic characterization of the 1918 «spanish» influenza virus // Science. — 1997. — Vol. 275. — P. 1793–1796.
Vazquez P., Basualdo S., Reyes-Teran G. et al. Human Immunodeficiency virus type 1 in seronegative infants born to HIV-1-infected mothers //
Zhang F., Hatziioannou T., Perez-Caballero D. et al. Antiretroviral potential of human tripartite motif-5 and related proteins // Virology. — 2006.
Рецензенты:
д-р мед. наук, ст. науч. сотр.
д-р техн. наук, ст. науч. сотр. С.
Об авторе
Супотницкий Михаил Васильевич — микробиолог, кандидат биологических наук старший научный сотрудник. С 1979-го по 2006 г. работал на разных должностях в научно-исследовательских учреждениях Министерства обороны России (СССР), полковник запаса. В настоящее время эксперт одной из федеральных организаций (г. Москва). Автор книг — Микроорганизмы, токсины и эпидемии- (2000, 2005), — Очерки истории чумы» (2006), — Словарь генетических терминов» (2007). Область научных интересов: эволюционная и молекулярная генетика микроорганизмов; механизмы возвращение «забытых» и появление «новых инфекционных болезней.