Читать книгу "Вирусы. Драйверы эволюции. Друзья или враги? - Майкл Кордингли"

Так же, как мышиные ретровирусы снабдили некоторые виды генетическим материалом, позволяющим развить иммунитет к инфекциям, поступили и эти вирусы. Выработка противовирусного ответа могла быть одним из этапов гонки вооружений между вирусами и их природными хозяевами. Как мы видим и в случае других инфекций, снижение патогенности может привести к большей устойчивости и меньшей вредоносности инфекции, что в эволюционном плане выгодно обеим сторонам. В противном случае тяжелые эпидемические инфекции, вызывающие быструю гибель хозяина, могут создать высокий риск вымирания для вирусов, если его линии не могут пребывать в организме хозяина, как в природном резервуаре. Эндогенные вирусные элементы позволяют создавать такие резервуары. Древние вирусы, оставившие ЭВЭ в хозяйских геномах 50 миллионов лет назад, видимо, вымерли и не являются прямыми предками вирусов, циркулирующих в наши дни. Фактически это одна из сил, создавших вирус Эбола, вирус Марбург и линии борнавируса, циркулирующие в настоящее время.

Глава 15

Вирусы как инструмент

Сегодня мы справляемся со многими эндемическими вирусными заболеваниями человека с помощью вакцин. Широкое распространение вакцинации против оспы и кампания по ее искоренению закончились в 1977 году заявлением о полной ликвидации натуральной оспы. Вакцинация детей в раннем возрасте высокоэффективной вакциной в настоящее время доступна повсеместно. В развитых странах практически покончено со свинкой, корью, краснухой и полиомиелитом с помощью соответствующих вакцин. В прежние времена эти заболевания приносили много забот родителям. В моем детстве эти вирусные заболевания были едва ли не ритуальными – ими перебаливали практически все дети. Лично я приобрел иммунитет к кори, краснухе, свинке и ветрянке через не очень легкие заболевания. Эти заботы кажутся несколько неуместными сегодня (учитывая, например, что НАСА объявило о намерении отправить на Луну людей в конце нынешнего десятилетия), но такое легкое отношение было бы невозможным без изобретения противовирусных вакцин.

Мы научились обращать вирусы против них самих и превратили их в наши инструменты. Их использование в вакцинах для борьбы с инфекционными болезнями стало рутиной. Эти инструменты можно с полным правом считать средствами биологического (вирусного) контроля. Вакцины, содержащие живые вирусы и ослабленные живые вирусы, применяют для подавления вирусных инфекций у человека и домашних животных. Увенчались успехом также попытки использования вирусов для уничтожения паразитов домашних животных. Однако я рассмотрю один пример использования вируса как биологического оружия для уничтожения вида млекопитающего животного (это был спасительный провал, как уже, я надеюсь, догадываются читатели). Это будет каноническая притча о совместной эволюции вируса и хозяина. Этот рассказ можно понять в контексте биологии вирусной эволюции, и к тому же это замечательный пример принципа Черной Королевы в действии.

Вирус миксомы: биологический контроль

В 1896 году среди европейских кроликов, доставленных в Пастеровский институт Монтевидео (Уругвай), разразилась эпидемия какой-то болезни. Это был результат межвидовой передачи вируса миксомы, поксвируса, естественным хозяином которого был тапети, разновидность южно-американского кролика. Вирус миксомы вызывал относительно доброкачественные фиброзные разрастания у тапети, но оказался в высшей степени патогенным для европейских кроликов. Вирус вызывал у них тяжелую генерализованную болезнь (миксоматоз), сопровождавшуюся почти стопроцентной летальностью. Переносчиками заболевания являются комары. За сто лет до описываемых событий сами кролики стали бедственным поветрием. Европейские переселенцы в Австралию взяли с собой кроликов на свою новую родину. Животное, служившее поначалу источником мяса и меха, а иногда и объектом спортивной охоты, в течение восемнадцатого века расплодилось по всему пятому континенту. К 1920 году в Австралии обитали не менее 10 миллиардов кроликов. Еще в 1919 году бразильский ученый Х. Борепер Арагао понял, как можно с пользой применить вирус миксомы. Он обратился к австралийскому правительству с предложением воспользоваться вирусом миксомы для искусственного заражения кроликов (Fenner, 1983). Из этой инициативы ничего не вышло, и только после окончания Второй мировой войны было принято специальное постановление Содружества о борьбе с паразитами.

Всерьез за искоренение австралийских кроликов с помощью вируса миксомы взялись только в 1950 году. На инфекцию обратил внимание доктор Фрэнк Феннер, выдающийся австралийский вирусолог и автор классического учебника «Биология вирусов животных», опубликованного в 1974 году. Нам просто повезло, что этот человек проявил интерес к тому, что оказалось настоящим экспериментом в области совместной эволюции вируса и хозяина. Тщательные эпидемиологические и лабораторные исследования полевых штаммов вируса миксомы из диких популяций кроликов пролили свет на естественную историю и эволюцию возникновения болезни у нового хозяина. Феннер документально выявил изменения в численности популяции, заболеваемость и вирулентность вирусов миксомы, выделенных из кроликов по ходу распространения эпидемии. Совсем недавно картина была завершена анализом полных геномных последовательностей тех же самых вирусов. Теперь нам известны молекулярные механизмы совместной эволюции вирусов и кроликов.

После первых введений вируса миксомы в популяции кроликов Феннер и его коллеги начали изучать динамику заболеваемости кроликов в долине Мюррея. Инокуляция вируса 100 особям и выпуск их в популяцию численностью 5000 кроликов привели к сокращению популяции до 50 животных. Смертность составила 99,8 %. Примечательно, однако, что когда к популяции присоединилось некоторое число неинфицированных кроликов из отдаленного региона и началось их смешивание с популяцией, ее численность возросла до 500 животных. Потом началась новая вспышка заболевания, сократившая численность кроликов до 60. У всех выживших животных в крови обнаруживались антитела к вирусу миксомы. Эти кролики не избежали инфицирования, они пережили болезнь. Теперь смертность составила 90 %, то есть стала в десять раз ниже, чем в предыдущий сезон (Fenner, 1983). Феннер выделил эти штаммы и заразил ими лабораторных кроликов. Было убедительно показано, что эти новые вирусы обладали меньшей вирулентностью, чем штаммы предыдущего года. Работа продолжалась тридцать лет. Феннер и его сотрудники тщательно следили за вирулентностью полевых штаммов циркулирующего вируса миксомы. Эта работа – великолепный и подробный рассказ об эволюции вирулентного фенотипа по мере адаптации вируса к новому хозяину; эта история превосходно иллюстрирует, как взаимодействие вирулентности вируса и надежности его передачи помогает достигать равновесия, оптимального для приспособления к популяции нового хозяина (Marshall, Fenner, 1960; Fenner, 1983). Штаммы вируса миксомы были классифицированы по их вирулентности от класса I (наивысшая вирулентность) до класса V (самая низкая вирулентность) на основании смертности и продолжительности заболевания после инфицирования. Самые вирулентные вирусы, отнесенные к классу I, убивали 99 % инфицированных животных в течение тринадцати дней, в то время как вирусы, отнесенные к классу V, вызывали летальность всего 50 % с выживаемостью в течение пятидесяти дней. Феннер и его коллеги собрали данные за период с 1950 до 1981 года. Вирусы извлекались из сотен инфицированных животных каждый год, и каждый выделенный штамм оценивали с точки зрения его принадлежности к определенному классу. Таким образом, ученые смогли представить частотное распределение вирулентности в циркулирующей вирусной популяции (то есть число вирусов каждого класса вирулентности). Когда вирус был введен в первый раз, 100 % всех частиц обладали вирулентностью I класса. В течение пяти лет такую высокую вирулентность сохранили только 13 % вирусов; вирусы теперь имели диапазон вирулентности от I до IV класса. В течение восьми лет вирулентность I класса сохранилась только у 1 % вирусов, а у 15 % вирулентность уменьшилась до V класса. Тем не менее, начиная с первого года, каждый год превалировали вирусы, обладавшие вирулентностью III класса; таких вирусов всегда было больше половины. Вирус перестал эволюционировать в сторону более низкой вирулентности; представляется, что было достигнуто равновесие с оптимальным фенотипом вирулентности, который и стал преобладать в популяции вирусов. Но как можно объяснить этот феномен? Думаю, что после наших рассуждений о вирусной эволюции и давлении отбора на вирусную популяцию ответ совершенно ясен. Такого исхода и следовало ожидать.