Грип: еволюція вірусу і універсальна вакцина

Грип: еволюція вірусу і універсальна вакцина

Люди вмирають через еволюцію. Близько 30% смертей, які трапляються на земній кулі, можна приписати еволюції простих мікроорганізмів, починаючи з інфекційних агентів, які весь час нас атакують, — вірусів, грибів і бактерій — і закінчуючи клітинами нашого власного організму, зміни в яких деколи призводять до раку. Одна з найстрашніших інфекцій — це звичайний грип. Щорічно він забирає близько 250 тисяч життів, а в окремі роки значно більше. Наймасштабніша з відомих епідемій грипу — знаменита іспанка 1918 року, яка згубила кілька відсотків населення Землі.

Штам вірусу грипу

Як і будь-який біологічний об'єкт, кожен вірус безперервно змінюється в результаті мутацій, що відбуваються в його геномі. Вірус грипу — один з тих вірусів, які змінюються досить швидко. Одна з причин — те, що його генетична інформація кодується молекулами РНК, а не ДНК, як, наприклад, наш геном; РНК — молекула, яка легко мутує. Інша причина — на вірус безперервно діє добір: багато мутацій, що відбуваються в його геномі, виявляються для нього «корисними», дозволяючи ефективніше передаватись, наприклад, між людьми.

Через накопичені мутації властивості вірусу грипу поступово змінюються. Найбільш помітний для нас результат мутацій — це зміни антигенних властивостей вірусу, тобто здатності клітин нашої імунної системи впізнавати даний штам. Такі поступові зміни називаються антигенним дрейфом. Зараз вважається, що більша частина антигенного дрейфу проходить в тропічних широтах, де у грипу немає виражених сезонних епідемій і він тримається на одному рівні в популяції людини цілий рік. А ось в Північній і Південній півкулях — відповідно, в грудні-березні і в червні-жовтні — щороку виникають нові епідемії. Зазвичай ВООЗ рекомендує новий склад вакцини за півроку до того, як ця вакцина реально починає використовуватись — з тієї причини, що її виробничий цикл досить довгий.

Еволюція вірусу грипу

Крім поступового антигенного дрейфу, еволюція вірусу грипу характеризується також антигенними зрушеннями — радикальними змінами властивостей вірусу, які зазвичай пов'язані з реасортацією. У вірусу грипу геном записаний на восьми окремих сегментах, які трохи нагадують людські хромосоми. Коли клітина хазяїна заражається одночасно двома вірусними частинками двох різних штамів, ці сегменти можуть перемішатись, і може виникнути нова вірусна частинка з новими властивостями, що складається частково з сегментів одного батьківського штаму і частково — іншого. Такі реасортантні штами часто відрізняються за властивостями від батьківських штамів і іноді призводять до великих епідемій. Всі найбільші пандемії ХХ століття, про які ми знаємо, — пандемії 50-70-х років, а також, швидше за все, іспанка 1918 року — викликались, ймовірно, такими реасортаціями, коли штами, які приходять з різних видів організмів, наприклад з птахів, свиней, коней, перемішувались і давали щось нове, з чим людська імунна система раніше не стикалась.

Передбачення мутації вірусу

Чи передбачувана еволюція грипу? У короткостроковій перспективі — так. Недавні наукові роботи показують, що можна частково передбачити майбутню еволюцію вірусу, якщо знаєш про його попередню еволюцію. Можна побудувати еволюційне дерево. Причому у звичайного вірусу грипу А воно має дуже характерну форму: це окремий стовбур, від якого відходять коротенькі гілочки. Коли ви бачите дерево такої форми, ви майже завжди можете бути впевнені, що маєте справу з патогеном. Є одна-єдина лінія, яка виявляється еволюційно успішною, і вона характеризується швидкими змінами, так що колективній імунній системі людства доводиться весь час стріляти по рухомій мішені. Від неї відгалужуються інші лінії, які врешті-решт вимирають. Проте якесь різноманіття існує постійно.

Щоб хоча б приблизно зрозуміти, який зі спостережуваних в поточному році штамів дасть епідемію в наступному році, треба дивитись на те, якими мутаціями відрізняються штами один від одного. Якщо вірус накопичив велику кількість мутацій в своїх епітопах, тобто в тих місцях своїх поверхневих білків, які «видно» імунній системі, то, швидше за все, він для імунної системи буде непомітним, а тому з великою ймовірністю ефективним. Навпаки, якщо у нього були якісь мутації у внутрішніх генах, то ці мутації з великою ймовірністю були шкідливими — вони роблять вірус менш пристосованим, і такі лінії вимиратимуть. Можна побудувати математичну модель, виходячи з числа мутацій в епітопах і інших місцях, яка передбачає майбутню еволюційну успішність вірусу. Крім того, можна вивчити, наскільки даний штам вірусу був еволюційно успішним досі, і екстраполювати це в майбутнє. Такі підходи мають обмеження; наприклад, вони поки не враховують взаємодії між генами. У вірусу грипу 11 генів, і всі вони один з одним взаємодіють досить складним чином. При складанні прогнозів такого роду фактори поки зазвичай опускаються, хоча різні групи показали, що вони насправді важливі.

Передбачати довгострокову еволюцію вірусу, в тому числі антигенні зрушення, набагато складніше. Як мінімум для цього треба навчитися розуміти, які саме з нині спостережуваних штамів дадуть реасортант, який може призвести до наступної серйозної епідемії. Такого роду передбачення ми робити зовсім не вміємо, тому що тут дуже багато привхідних факторів. Тут важливо дивитись, з ким більше взаємодіє людина, важливо намагатись передбачати, які саме штами з більшою ймовірністю легше «навчаться» передаватися від людини до людини.

Як виникають епідемії

Епідемії можуть викликати штами, які були присутні в популяції раніше. Наприклад, епідемія 2016 року викликана вірусом грипу, вперше поміченим у людей в 2009 році. Однак зазвичай найсерйозніші епідемії викликаються штамами, новими для людини. Щоб трапилась така епідемія, має відбутися кілька подій. В якомусь виді тварин, з якими взаємодіє людина, повинен виникнути варіант патогена, здатний заражати людей; цей варіант повинен передатися людині; нарешті, як правило, він повинен мати додаткові мутації, які дозволяють йому заражати людей ефективно. Імовірність кожної з цих подій оцінити дуже складно, тому заздалегідь передбачати епідемії ми не вміємо.

Свинячий грип H1N1

Цього року близько двох третин усіх випадків грипу викликаються пандемічним штамом H1N1 2009 року, відомим під назвою «свинячий». Цей вірус дійсно, мабуть, дістався людині від свиней, хоча те ж саме вірно для багатьох інших вірусів: передача від свиней — це досить частий механізм виникнення нових штамів у людини. Примітна властивість H1N1/09 — його дуже цікаве походження: деякі його сегменти прийшли з пташиного грипу, деякі — з свинячого, деякі — зі звичайного людського H3N2, який досі викликав всі інфекції. Плавильним котлом, де всі ці сегменти зустрілися один з одним, стали свині. Зараз ясно, що смертність від H1N1/09 приблизно така ж, що й від звичайного грипу, яким ми хворіли щороку до цього (хоча тут є нюанси). Фактично в цьому році H1N1/09 став сезонним грипом, і можливо, що він залишиться з нами ще на багато років.

Універсальна вакцина від грипу

Від грипу існує досить ефективна вакцина. Але проблема в тому, що вона весь час застаріває, оскільки щороку вірус еволюціонує, змінюючи свої антигенні властивості і стаючи знову незнайомим для нашої імунної системи. Вакцину в результаті доводиться постійно оновлювати. Щороку фахівці з Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ) рекомендують всім виробникам новий склад так званої тривалентної вакцини, перераховуючи ті три штами, які повинні бути в неї закладені. Найкраще тривалентна вакцина захищає саме від них. Хоча, звичайно, існує перехресний імунітет, і від штамів, схожих за антигенними властивостями на ці три штами, вона буде захищати теж непогано. Проте робити щеплення від грипу нам рекомендують щороку, і це правильно. Тривалентна вакцина цього року включає H1N1/09, так що ті, хто робив щеплення восени, зараз, швидше за все, у виграші. Щеплення не гарантує, що ви не захворієте, але знижує ймовірність цього.

Передбачення того, як саме піде еволюція грипу, були б менш актуальними, якби ми навчились робити універсальну вакцину, яка захищає від усіх штамів. Поки такої вакцини немає, хоча кілька кандидатів проходять клінічні випробування. Складність в тому, що імунній системі «видно» якраз ті поверхневі білки вірусу, які вірус легко і безболісно для себе може змінити. Тому вакцинацією важко пояснити імунній системі, у що їй, власне, необхідно цілитись.

Штучний синтез штаму грипу

Була гучна робота однієї групи з Голландії та групи з Японії, де дослідники намагались вручну синтезувати штам пташиного грипу, який був би здатний передаватися між ссавцями. Це їм вдалося. Їх робота вважалась етично спірною, бо всі боялися, що синтезований штам може «втекти» з лабораторії, що його гени не варто викладати у відкритий доступ, тому що хтось зловмисно зможе таке синтезувати. Проте тепер ми знаємо, які властивості може мати той штам пташиного грипу, який зможе передатися людині.

X

Вхід

Завантажую...