Вирусы: Скорее друзья, чем враги

Вирусы творят историю

Одним из величайших достижений медицины стала победа над вирусом оспы. Вспышек этого заболевания больше не должно быть, так как человечество изобрело вакцину от этого вируса и вакцинация вирусом коровьей оспы является профилактикой заражения натуральной оспой человека. Это открытие сделал Эдвард Дженнер, который в 1796 г. первым протестировал вакцину на собственном сыне. Он спас больше людей, чем кто-либо другой. Дженнер вывел принцип разработки вакцин: использовать сходный вирус, вызывающий заболевание лишь в легкой форме, чтобы защитить от опасного вируса. Использование вируса коровьей оспы вместо вируса натуральной оспы – пример эффективной вакцины, разработанной на основе более слабого вируса. Вирус оспы считался вымершим. Но, как это ни удивительно, время от времени все же возникают вспышки оспы – вирусы никогда не исчезают полностью.

В мире осталось всего несколько лабораторий – в России и США, где вирусы натуральной оспы хранятся в безопасных условиях. Насколько они защищены от угрозы биотерроризма? Эта угроза, похоже, стала вполне реальной после того, как в 2001 г. в США произошел биотеррористический акт с использованием вируса сибирской язвы, в результате которого погибло несколько человек. Тогда начались лихорадочные поиски остатков вакцины от оспы, которые хранились несколько десятилетий. Для производства этих вакцин использовали кожу животных, что совершенно не соответствовало приемлемым стандартам безопасности. Тогда вакцины все же приготовили в пятикратном разведении, чтобы увеличить количество доз! В моем диагностическом центре в Цюрихе мы быстро разработали методику тестирования вируса оспы. Необходимую информацию о последовательности генов вируса можно было без труда найти в интернете! Мы даже отрабатывали действия на случай возникновения угрозы появления вируса оспы и методики приготовления образцов для высокоточных методов диагностики. Существовала угроза биотеррористической атаки на участников ежегодного Международного экономического форума в Давосе. Мы надевали специальные защитные костюмы, включая маски, наподобие тех, что показаны в фильме «Эпидемия» с Дастином Хоффманом в главной роли. Строжайше соблюдая требования техники безопасности, мы использовали барокамеру, которая должна была предотвратить утечку вируса из лаборатории, однако из-за того, что кто-то из сотрудников по ошибке открыл не тот клапан, мы оказались на грани провала. Нам повезло: никаких опасных ситуаций не возникло. А потом все постепенно забыли об угрозе.

За двадцать лет до этого мне пришлось стать свидетелем последней чрезвычайной ситуации, связанной с заражением вирусом оспы в Берлине. Пациент находился в карантинном отделении, которое снаружи охранял полицейский, сидя на высоком стуле. Его задача заключалась в том, чтобы наблюдать за выходом и не допустить, чтобы этот пациент покинул палату. В это время рядом, в Институте Роберта Коха, работал единственный специалист, который знал, как тестировать вирус оспы. Этот человек обрабатывал куриные яйца, чтобы инокулировать вирус и поместить их в инкубатор для размножения. В то время это был единственный известный тест. Опасная ситуация, вызванная заражением вирусом оспы, показана в документальном фильме «Империя вирусов – убийц-невидимок». Этот чрезвычайно информативный фильм был снят экспертами как учебный материал. Когда я читала в Берлинском университете лекции по вирусологии, то в конце цикла всегда показывала слушателям этот фильм. Цикл лекций заканчивался в воскресенье, но студентам было интересно, и они приходили в университет даже в выходной. Во второй части фильма показана смоделированная чрезвычайная ситуация в Берлине, связанная с заражением оспой.

Еще один вирус, до сих пор приводящий в ужас человечество, – вирус гриппа, «испанка», именуемый H1N1. Примерно 100 лет назад во время Первой мировой войны этот грипп унес от 20 до 100 млн человеческих жизней. Вирус выделили совсем недавно, в 2005 г., из останков солдат и североамериканской эскимоски, похороненной в вечной мерзлоте на Аляске. В лабораторных условиях вирус реактивировали. Восстановленный вирус оказался в состоянии инфицировать животных. Работа с этим вирусом требовала использования высокотехнологичного оборудования и, помимо прочего, была чрезвычайно опасным занятием. По этому поводу СМИ совершенно оправданно выразили недовольство. Ученых интересовало, почему именно этот вирус является столь смертоносным, особенно для молодых мужчин. Было выделено всего несколько специфических последовательностей генов вируса, которые, возможно, повышают аффинность (узнаваемость) вируса к клеткам легких и усиливают патогенность данного вируса. (Прочие изменения нуклеотидов обнаружены в полимеразе, нуклеопротеине или гемагглютинине, поэтому до сих пор ученые не пришли к единому мнению по вопросу о том, какие именно изменения обусловливают смертоносный характер этого вируса.) Важнейшими факторами, обусловившими возникновение пандемии, были следующие: война, голод, влажность, холода, ранения, антисанитарные условия, перенаселенность палаток и условия полевых госпиталей – все эти обстоятельства, безусловно, нужно рассматривать в связи с характером последовательности вируса. В силу всех этих факторов и произошла катастрофа. За все это нам нужно винить самих себя.

В 2009 г. в Мексике начался свиной грипп, возбудителем которого стал вирус гриппа H1N1, но отличавшийся от вируса «испанки». Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) объявила об эпидемии, посчитав, что вспышка представляет угрозу для населения всего мира. Но в расчеты вкралась ошибка. Данные по соотношению числа летальных случаев относительно гипотетически инфицированных людей оказались ошибочными, поскольку никто не знал реальной скорости распространения инфекции, например в Мексике, где люди не обращаются к врачу из-за какого-то гриппа. Показатель смертности составил 5 %, а не 50 % от численности инфицированного населения, не больше, чем при обычной сезонной эпидемии, поэтому тревога оказалась ложной.

Однако это действительно была пандемия, поскольку вирус распространился в очень большом количестве стран. Меры по обеспечению безопасности приняли быстро, и началось производство вакцины. Но для Запада оказалось слишком поздно, волна инфекции уже накрыла его. Население Южного полушария не хотело вакцинироваться даже бесплатно. Никто не воспринял свиной грипп всерьез. Я заболела этим гриппом в Китае, возможно, заразившись в каком-то интернет-кафе в Шанхае. По возвращении домой я чувствовала себя плохо, отменила поездку из Берлина в Цюрих, опасаясь, что могу кого-нибудь заразить, а потом в СМИ появилась бы статья о том, как профессор вирусологии распространяла вирус. У меня действительно был свиной грипп, и этот диагноз был подтвержден в моем диагностическом центре.

Вирусы – возбудители птичьего гриппа стали опасными в силу манипуляций, проделанных учеными в лабораторных условиях. На основе чисто птичьего вируса был получен вирус, заразный для человека. В последовательность генов вируса дважды внесли мутации в двух независимых лабораториях, в США и Голландии. Почему же ученые проводили столь рискованные эксперименты? Этот вопрос возник только после того, как наивные ученые опубликовали результаты своих исследований, и только тогда организации, финансирующие эти изыскания, забили тревогу. На эти исследования и публикацию их результатов был наложен обязательный шестимесячный перерыв, мораторий, который продлился дольше, чем было предусмотрено, после чего запрет на публикацию был смягчен: ввели запрет на публикацию детальной информации, чтобы невозможно было повторить эксперимент и превратить относительно безвредный вирус в опасный.

Однажды мораторий уже вводили в форме ограничений на использование рекомбинантных ДНК-технологий, а именно на создание новых генов путем комбинирования генных фрагментов. Решение о введении моратория было принято в 1975 г. на Асиломарской конференции. Кроме того, были установлены ограничения на применение генной терапии с использованием вирусов для лечения рака. И в настоящее время запрещено использовать реплицирующиеся вирусы в терапевтических целях, чтобы репликация вирусов не вызвала инфицирование половых клеток пациента, что, в свою очередь, может обусловить передачу вируса по наследству. Это ограничение очень четко выполняется и всеми принимается. Поэтому генная терапия безопасна и как раз по этим же причинам неэффективна. Такая терапия могла бы быть гораздо более эффективной, если бы разрешили репликацию вируса. В настоящее время используются другие подходы.

Запрет на исследование вируса гриппа можно кратко сформулировать следующим образом: запрещено «двойное использование». Это значит, что публикации не должны служить двум потенциальным целям: научной и в то же время представлять интерес для биотеррористов, равно как и для тех, кто способен использовать эту информацию в неблаговидных целях. Результаты исследований вирусов, подвергнутых манипуляциям, публиковались без технических подробностей, но это не умаляло их значимости, поскольку они продемонстрировали, что для получения «гуманизированного» вируса, который может передаваться от человека к человеку, достаточно четырех мутаций (замены нуклеотидов) из 13 500 нуклеотидов. Это всегда является основной угрозой.

Как это ни странно, определенные штаммы вируса гриппа всегда являются носителями трех из этих четырех мутаций, и нас отличает от одного из самых опасных вирусов только одна мутация. Это – реальная угроза, поэтому была создана всемирная мониторинговая служба по контролю над локальными вспышками гриппа Sentinella. На каждую предстоящую зиму создаются вакцины на основании ежегодных прогнозов по штаммам гриппа этой организации. Вакцины до сих пор часто получают в куриных яйцах – по одной дозе на яйцо, но для этого требуется несколько миллиардов «свободных от патогенов яиц» (СПС-яйца). В настоящее время, в сущности, имеется два препарата для лечения гриппа: тамифлю и реленза, что очень мало по сравнению с количеством препаратов для лечения ВИЧ. Тамифлю стал лидером продаж, и его покупали охваченные паникой правительства стран. Этот препарат хранится на складах и ждет, когда в случае необходимости его аликвотируют. В настоящее время действует довольно странное законодательство, в соответствии с которым отсчет срока годности препарата начинается только с даты его аликвотирования. В Скандинавии уже выявлены резистентные к лекарству вирусы, а в Японии, похоже, применение тамифлю привело к повышению числа самоубийств среди молодых людей. Грипп нельзя недооценивать. Я болела гриппом, именно гриппом, а не простудой, вызванной риновирусом. Я себя очень плохо чувствовала, находилась в полусознательном состоянии и даже не вспомнила, что специально на такой случай у меня в холодильнике хранится тамифлю. Он эффективен только сразу после инфицирования, что объясняется очень просто: на начальном этапе вирусная нагрузка невелика. Между прочим, бумажные носовые платки нужно выбрасывать не в корзину, стоящую рядом с рабочим столом, а в ведро с крышкой. И даже незаменимый секретарь должна остаться дома, а не распространять вирус в офисе.

Существует широкомасштабная система мониторинга вирусов – Глобальная инициатива по прогнозированию вирусов (globalviral.org). Google, как ни странно, тоже участвует в составлении прогнозов. Считается, что пользователи интернета в периоды распространения инфекции гораздо чаще ищут информацию по гриппу. В рамках проекта «Тенденции в распространении гриппа» были достоверно предсказаны волны гриппа за неделю до их наступления более чем по 100 американским городам. Очень умно!

Теоретически вирус Эбола считался потенциально опасным. Тем не менее все 24 вспышки с 1976 по 2013 г. не приобретали характер пандемии; в общей сложности было зарегистрировано 1500 смертельных случаев. Вспышки заражения этим вирусом были зафиксированы в Западной Африке, но очаги заражения оказались локальными и незначительными по размеру. Но они могли быть достаточно опасными и спровоцировать бегство из очагов эпидемии, что временами относится и к медикам, которые подвергаются самому серьезному риску, поскольку практически каждый второй пациент погибает от геморрагии – внутреннего кровотечения. Считалось, что пациенты настолько плохо себя чувствуют, что не в состоянии распространять вирус. В 2015 г. ситуация изменилась, так как повысилась мобильность населения, и рынки, школы и прочие места скопления людей усугубили ситуацию как никогда прежде. Эпидемия охватила три страны – Гвинею, Сьерра-Леоне и Либерию, где было отмечено 11 000 смертей из 30 000 случаев заражения. В регионе не хватает больниц и обычно за пациентами ухаживают родственники, которые таким образом заражаются сами. Основным источником заражения считаются традиции захоронения, сильно инфицированные тела и жидкости усопших, но по мере просвещения населения ситуация вполне могла измениться. Для этого заболевания не существует лечения, пациентам путем инфузии вводят жидкость, но при этом все равно требуются стерильные иглы. Во время карантина, длительность которого составляет до 30 дней, чтобы инфекция могла проявить себя, люди боялись подхватить болезнь. У тех, кто выздоровел, вырабатывается резистентность (устойчивость к вирусу), и они могут помогать другим. В крови переболевших даже пытались выявить антитела, оказывающие защитное действие. В настоящее время исследуются имеющиеся в научных учреждениях очень дорогие вакцины, которые получают в случае крайней необходимости. Распространители вируса – летучие мыши и мясо диких животных, но сами носители вируса не болеют. К животным – носителям вируса относятся также собаки, свиньи и, вероятно, грызуны, которые обитают во многих странах мира и могут быть заразны. Было показано, что эндогенизация последовательности генов вируса Эбола характерна для здоровых носителей и потенциальных переносчиков данного вируса. Эндогенизация означает присутствие последовательностей гена вируса в геноме животных (см. ниже).

Неожиданным оказалось, что вирус Эбола может прятаться в «резервуарах», например в головном мозге, и через несколько месяцев после выздоровления пациента индуцировать развитие тяжелой формы энцефалопатии. Впервые это явление было отмечено у выжившей после заражения Эболой медсестры, у которой через шесть месяцев выявили этот вирус в тканях головного мозга. Кроме того, у выздоровевших мужчин вирус сохраняется в семенной жидкости в течение четырех месяцев. Недавно разработанная вакцина может оказаться важной в будущем.

В Германии имеется определенный опыт «взаимодействия» с вирусом Эбола, поскольку он является близким родственником вируса – возбудителя геморрагической лихорадки Марбург. В компании Behring, офис которой находится под Марбургом (Германия), были отмечены случаи передачи вируса животным от обезьян, завезенных в 1960-х гг. Инфицированными оказались 30 человек, треть из которых погибли. Спустя 40 лет телеведущий Гюнтер Яух пригласил к себе на ток-шоу ученых и выживших пациентов. Сначала нам всем нужно было научиться громко и достаточно долго аплодировать, когда на сцену выходил ведущий. Затем мы обсуждали вопросы, касающиеся биотерроризма с использованием данного вируса, но, поскольку в настоящее время не существует никаких мер защиты от него и соответствующей терапии, это было бы опасно для самих террористов и непривлекательно с точки зрения биотерроризма. Памятуя, что в свое время происходило в Марбурге, сейчас лаборатории по проведению исследований по безопасности Марбургского и Гиссенского университетов оснастили оборудованием на самом высоком уровне биологической защиты (BSL4). Кроме того, в 2015 г. в Институте Роберта Коха (Берлин) открылась новая лаборатория с высокой степенью биозащиты. Во всей Европе найдется всего полдюжины таких лабораторий. Поэтому у Германии достаточно много шансов внести свой вклад в наши представления о вновь появляющихся опасных патогенах и заболеваниях. Известно, что вирусы редко полностью исчезают, поэтому мы должны готовиться к «возвращению» некоторых вирусов.

ТОРС (тяжелый острый респираторный синдром, или атипичная пневмония) – заболевание, для работы с возбудителем которого необходимы лаборатории с самым высоким уровнем биозащиты. В Гонконге коронавирус, возбудитель атипичной пневмонии, не однажды похищался из исследовательского института. Самым поразительным стал пресс-релиз 2014 г., в котором говорилось, что из парижской лабораторий с надлежащим уровнем безопасности пропало 30 контейнеров с возбудителями ТОРС из бака с жидким азотом, в котором хранятся образцы. Об этом происшествии по соображениям безопасности не сообщалось, чтобы никто не узнал об опасном содержимом пропавших контейнеров. Я предполагаю, что случилось вот что: просто кому-то потребовалось место в резервуаре с жидким азотом, вот его и «почистили». Все знают, что эти резервуары всегда заполнены, и иногда появляются очень старые образцы, хранящиеся много лет. Временами благодаря этому возникают новые направления исследований, как это было с ретровирусом с тогда еще новым онкогеном Jun. Даже в холодильнике помещения для семинарских занятий, который однажды сама чистила, я обнаружила кусочек маргарина, который семь лет никто не замечал, несмотря на то, что холодильником пользовались ежедневно. Вероятно, и образцы, пропавшие в Париже, благополучно закончили свой век в паровом стерилизаторе, в соответствии со стандартными процедурами, но были потеряны для исследовательских целей. Даже в моей цюрихской лаборатории с надлежащим уровнем защиты мы обнаружили дыру в стене, которая опасности не представляла, поскольку в помещении вообще и в стерильных помещениях в частности поддерживается низкое давление, но все же это было совершенно неожиданно.

Однажды поздно вечером в мой офис в Цюрихе пришла медсестра с кучей пробирок с образцами. В больницу с подозрением на ТОРС поступил пилот с Филиппин. Пора было бить тревогу. Сначала я позвонила коллеге из Института тропической медицины в Гамбурге, чтобы посоветоваться. Мне пришлось ждать почти до полуночи, пока он вернется с телешоу по ТОРС. Затем он продиктовал мне перечень реагентов (некоторые из них появились в Берлине буквально за неделю до этого) и праймеров для чувствительного лабораторного теста (полимеразная цепная реакция (ПЦР), о которой я расскажу ниже). Я считала, что для пациента с таким высоким риском это слишком долго, и предложила отвезти образцы в Гамбург, где и провести анализ. Их можно было туда отправить даже без сопровождения, воспользовавшись услугами World Courier. Нужно было упаковать один в другой, как в матрешке, примерно 10 контейнеров. Курьер на велосипеде, который должен был доставить контейнеры в аэропорт, уже ждал, и, чтобы его не задерживать, я украдкой спрятала последний оставшийся контейнер в карман своего лабораторного халата. Ночью институт в Гамбурге дал зеленый свет и сообщил, что результат анализа отрицательный, что вызвало чувство облегчения у сотрудников больницы. Пациент с ТОРС прибыл во Франкфурт (Германия), был помещен в карантинное отделение, получил лечение и выздоровел; при этом не произошло локальной вспышки заболевания, как это было в Канаде и Сингапуре. И почти «военные действия» – в частности, ежедневные отчеты о температуре тела у персонала – увенчались успехом. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) проявила чрезвычайную обеспокоенность и всячески содействовала устранению опасных вспышек заболевания по всему миру; с этой целью ВОЗ часто публиковала отчеты и ежедневно давала рекомендации. В этот раз, как и в случае с вирусом Эбола, носителями вируса были летучие мыши. Летучие мыши живут крупными густонаселенными колониями и являются переносчиками вирусов, но сами не болеют. Выжившие люди также проявляют резистентность к вирусу, но до этого именно они стали жертвами болезни. Некоторые считают, что у летучих мышей иммунная система функционирует иначе, в частности имеется в виду гораздо более высокий уровень интерферона, в силу чего они гораздо меньше болеют. В настоящее время разрабатываются методы лечения ТОРС, в частности препараты на основе ингибиторов протеазы вируса. Аналогичный подход оказался эффективным при лечении ВИЧ. А между тем в Объединенных Арабских Эмиратах возникла новая вспышка ТОРС и умер шейх, его сын, а позднее и другие люди. Вероятнее всего, переносчиками вируса были верблюды. Этот вирус изолировали в медицинском центре «Эразмус» (Роттердам). Обычно вирус называют по месту его изоляции, поэтому в данном случае вирус получил название «ЕМС-вирус», но в настоящее время он известен как возбудитель ближневосточного респираторного синдрома (MERS-коронавирус). Отмечается увеличение показателя заболеваемости. Короткий эпизод инфицирования этим вирусом был зафиксирован в 2015 г. в корейской больнице – инфицированными оказались члены семей пациентов: они ухаживали за пациентами, поскольку как таковых медсестер в корейских больницах нет. ТОРС удалось быстро взять под контроль. Следует отметить, что в этом случае обошлись без эффективной вакцины и терапии и просто задействовали военных и приняли соответствующие меры санобработки.