Такие данные указывают на то, как зародился ВИЧ-1. Вирусы, подобные ВИЧ-1, циркулировали среди шимпанзе по всей Африке. Охотники, убивая шимпанзе ради мяса, время от времени заражались вирусом. Однако, живя в относительной изоляции, эти охотники были "тупиком" для распространения вирусов. В начале XX века у вирусов появилась более реальная возможность для распространения, когда в Центральной Африке стали появляться колониальные поселения с населением 10 тысяч человек и более. Речное сообщение позволило вирусам проникать в города из отдаленных лесных районов. Шимпанзе, являющиеся носителями предка ВИЧ-1, сейчас обитают на юго-востоке Камеруна. То, что реки, протекающие через эти районы, в конце концов достигают Киншасы, не может быть просто совпадением.
В растущем городе Киншаса (ранее известном как Леопольдвилль) ВИЧ-1 мог спокойно размножаться. Таким образом, вирус получил популяцию, внутри которой он мог бы размножаться и эволюционировать, приспосабливаясь к новым носителям. К 60-м годам ВИЧ-1 приобрел большое генетическое разнообразие.
Уоробей и его коллеги начали наносить на карту последующее распространение ВИЧ-1 из Киншасы по всему миру. Так, например, наиболее известный в США штамм ВИЧ-1 относится к подтипу В. Самые ранние разновидности ВИЧ-1 подтипа В были обнаружены на Гаити, и Уоробей предположил, что он произошел от африканского вируса в 1960-х годах. Это произошло тогда, когда многие люди вернулись на Гаити из Конго, после приобретения страной независимости от Бельгии. Вместе с ними пришел вирус. Иммигранты с Гаити или американские туристы могли принести вирус в США. Наиболее старые вирусы подтипа В были обнаружены в 1970-х. К тому моменту прошло только 40 лет с момента приобретения этого вируса человеком и пройдет еще 10 до момента поступления в больницы Лос-Анджелеса пятерых мужчин со странной формой пневмонии.
К моменту обнаружения врачами в 1983 году вирус уже стал глобальной катастрофой. В результате он намного опережал любые попытки врачей замедлить его распространение. До начала 1990-х все попытки замедлить распространение эпидемии не давали видимых результатов.
Хорошо себя зарекомендовало изменение образа жизни людей. Правительство Уганды запустило масштабную кампанию против ВИЧ, включавшую в себя пропаганду использования презервативов и улучшение качества личной гигиены. В результате в стране количество инфицированных уменьшилось с 15% в начале 1990-х до 5% в 2001 году. К несчастью, спонсирование этой программы прекратилось через несколько лет, и количество больных опять стало увеличиваться.
Другие ученые пошли по пути исследования препаратов, способных замедлить развитие болезни, сохраняя иммунную систему в состоянии, в котором та не способна допустить развития СПИДа. Сегодня миллионы людей принимают лекарства, мешающие ВИЧ заражать клетки иммунной системы и размножаться. В обеспеченных странах эти препараты позволяют людям вести относительно здоровый образ жизни. Стоимость лекарств такова, что большинство ВИЧ-инфицированных, живущих в беднейших странах, не могут позволить себе купить лекарство, способное продлить их жизнь на десять лет и даже больше. Однако мы можем наблюдать позитивные сдвиги, так как на сегодняшний день правительства развитых стран и неправительственные организации поставляют медикаменты в наиболее нуждающиеся страны, и количество таких программ помощи растет с каждым годом.
Но такие лекарства не являются панацеей, хотя и способны продлить жизнь. У них имеются побочные эффекты, проявляющиеся после нескольких лет терапии, и они подстегивают появление невосприимчивых вирусов, что требует перевода пациента на лечение другими препаратами. Теоретически лучшим решением проблемы стала бы вакцина, которая не позволила бы вирусам закрепляться в нашей иммунной системе или которая заставила бы нашу иммунную систему уничтожать их более эффективно. Вакцинация была бы менее затратной, чем Медикаментозное лечение, и могла бы замедлить распространение ВИЧ. Однако все старания, направленные на разработку подобной вакцины, пока оканчиваются ничем. В 2008 году, например, испытания вакцины, разработанной Мерком, пришлось свернуть, так как было установлено, что она увеличивает шансы человека заразиться, а не уменьшает их.
Нам не следует полагаться на какую-либо вакцину, даже если она показывает положительные результаты во время своего испытания. Это связано с тем, что ВИЧ эволюционирует гораздо быстрее. ВИЧ принадлежит к особой группе вирусов, включающей в себя также и грипп. Вирусы этой группы неточно воспроизводят свой генетический материал. Они очень сильно мутируют в короткие сроки. Эти мутации дают широкий простор для естественного отбора, и в результате появляются все более приспособленные вирусы. Даже в организме отдельно взятого носителя естественный отбор может улучшить способность вируса оставаться незамеченным нашей иммунной системой.
В 2008 году Филип Гоулдер (Philip Goulder), ученый-медик из Оксфорда, собрал международную команду ученых, установивших непрекращающуюся эволюцию ВИЧ. Они изучили иммунную систему 2 800 человек со всего мира, осматривая белки, известные как человеческие лейкоцитарные антигены, которые используются инфицированными клетками для транспортировки вирусов на поверхность клетки. Фрагменты вирусов идентифицируются иммунной системой, которая уничтожает зараженную клетку. У разных людей за формирование лейкоцитарных антигенов отвечают разные комбинации генов. Гоулдер и его коллеги обнаружили, что для каждой страны ВИЧ сформировал собственный адаптивный аппарат, наиболее эффективный для лейкоцитарных антигенов, характерных в этой стране. Эта находка подтверждает, что ВИЧ стремительно приспосабливается к различиям в иммунных системах людей по всему миру. Это должно отрезвить энтузиастов, мечтающих разработать вакцину против ВИЧ. Даже если вакцина и даст иммунной системе инструменты для борьбы с ВИЧ, вирус все равно найдет выход.
Существует возможность того, что разработчики вакцины смогут обезопасить нас, постоянно совершенствуя вакцину, так, чтобы она всегда была на шаг впереди вируса. Другой заманчивой возможностью является взгляд в прошлое. Группа американских ученых сравнили широкий спектр вирусов подтипа В и реконструировали белок, производившийся их общим предком. Затем они создали вакцину на основе этого древнего белка. Такая вакцина была испытана на обезьянах, которые стали более устойчивы к большему числу штаммов ВИЧ, чем при испытаниях любой другой вакцины. Будущее борьбы с ВИЧ, таким образом, может лежать в прошлом.
Новый американец
Вирус Западного Нила
Летом 1999 года Трэйси Макнамара (Tracey McNamara) начала беспокоиться. Макнамара была главным патологоанатомом в зоопарке Бронкса. Когда животное в зоопарке умирало, в ее обязанности входило выявление причин этого. Она заметила погибших ворон возле территории зоопарка и заподозрила, что они умерли от какого-то вируса, начавшего распространяться по городу. Если умирали вороны, то вскоре та же участь могла постигнуть и животных в зоопарке.
Однажды ее опасения подтвердились: в зоопарке погибли сразу три фламинго. То же случилось с фазаном, орланом и большим бакланом. Осмотрев трупы птиц, Макнамара установила, что причиной смерти стало кровоизлияние в мозг. Симптомы указывали на то, что они были убиты одним и тем же патогеном. Так как Макнамаре не удалось установить, какой именно патоген был виноват в смерти птиц, она отправила образцы их тканей в государственную лабораторию. Ученые проводили серии тестов, чтобы выявить возбудителя инфекции, но все они давали отрицательные результаты.
В то же время врачи из Куинса регистрировали вызывающее опасение число случаев заболевания энцефалитом - воспалением мозга. Во всем Нью-Йорке в год обычно регистрировался один такой случай, но в августе 1999 года за несколько дней поступило 8 больных с таким диагнозом. К исходу лета появилось еще больше заболевших. У некоторых жар был настолько сильным, что вызывал паралич, а к сентябрю девять заразившихся умерли. Вначале тесты указывали на вирусное заболевание энцефалит Сент-Луис, но позднейшие тесты не подтвердили этот диагноз.
Пока врачи старались раскрыть причину заболевания людей, Макнамаре удалось разгадать собственную загадку. Национальная лаборатория ветеринарии в Айове смогла возродить вирус из тканей мертвых птиц. Вирус напоминал энцефалит Сент-Луис. Макнамара задалась вопросом, могли ли люди и птицы страдать от одного и того же вируса. Она убедила центры по контролю и предотвращению заболеваний проанализировать генетический материал, содержавшийся в вирусе. 22 сентября исследователи с удивлением обнаружили, что причиной гибели птиц стал не энцефалит Сент-Луис. Виновником был вирус, названный вирусом Западного Нила (ВЗН), паразитирующий на птицах и людях в районах Азии, Европы и Африки. Никто не мог и предположить, что птицы в зоопарке Бронкса погибли от этого вируса, так как ранее он никогда не появлялся в Западном полушарии.
Работники системы здравоохранения, озадаченные заболеванием людей, решили расширить круг своих поисков. Две команды, одна из Центра по контролю и предотвращению заболеваний (ЦКЗ), а другая под началом Иана Липкина из Университета Калифорнии, одновременно начали изолировать генетический материал вирусов человека. Вирус был тот же, что убивал птиц, - ВЗН. И вновь это оказалось полной неожиданностью для исследователей. Ни один человек на Американском континенте еще никогда не был им заражен.
В США циркулирует огромное количество вирусов. Некоторые имеют долгую историю, другие появились относительно недавно. Когда первые европейцы попали в Западное полушарие, они принесли с собой множество вирусов. Вирус папилломы человека, например, несет в себе следы своей миграции. Штаммы ВПЧ коренных американцев имеют гораздо больше общих черт друг с другом, чем с другими штаммами данного вируса. Наиболее близким к американскому штамму является штамм ВПЧ, распространенный в Азии, подобно тому, как коренные американцы родственны именно азиатам.
Открытие Нового Света Колумбом породило новую волну миграции вирусов. Европейцы принесли с собой вирусы гриппа и оспы, выкосившие большую часть коренного населения Америки.
Шли века, на территорию Нового Света проникало все больше вирусов. ВИЧ проник в США в 1970-х, а в конце XX века новым иммигрантом стал вирус Западного Нила.
Прошло всего 60 лет с момента обнаружения ВЗН. В 1937 году в западной области Уганды в больницу попала женщина, в крови которой врачи и обнаружили этот вирус. За несколько десятилетий ученые нашли ВЗН и у других людей на Ближнем Востоке, в Азии и Австралии. Однако ВЗН в своем выживании полагается не только на людей. Ученые обнаружили вирус у многих видов птиц, паразитируя на которых, он способен размножаться намного быстрее.
Вначале было неясно, как вирус передавался от человека к человеку, от птицы к птице и от птицы к человеку. Загадка была решена, когда вирус обнаружили еще у одного вида живых существ - москитов. Когда инфицированный москит кусает птицу, его напоминающий шприц нос проникает в кожу животного. Когда комар пьет кровь, он впрыскивает в рану свою слюну. А вместе со слюной в организм птицы проникает и ВЗН.
Вирус атакует клетки кожи птицы, а также клетки ее иммунной системы, которая должна защищать организм от подобных вторжений. Зараженные иммунные клетки проникают в лимфоузлы, где их "пассажиры" сходят и заражают еще больше клеток иммунной системы. По кровеносной системе вирус попадает в другие органы, такие как почки и селезенка. Всего через несколько дней после укуса количество вирусов достигает нескольких миллиардов. Несмотря на свое огромное количество, самостоятельно ВЗН покинуть организм птицы не способен. Ему нужен переносчик. Когда москит кусает зараженную птицу, он забирает у нее немного крови вместе с содержащимся в ней вирусом. Попав в организм москита, вирус проникает в его среднюю кишку. Оттуда он просачивается в слюнные железы и готов к транспортировке к своей следующей жертве.
Трансмиссивным вирусам, таким как ВЗН, нужно быть универсальными для совершения своего жизненного цикла. Москиты и птицы имеют абсолютно различные температуру тела, иммунные системы и анатомию. Тем не менее, ВЗН, чтобы выжить, приходится приспосабливаться к таким разным средам обитания. Трансмиссивные вирусы также задают трудную задачу медикам, которые стараются замедлить его распространение. Людям не нужно вступать в близкий контакт с инфицированными людьми, чтобы заразиться. Москиты дают вирусам крылья.
Исследования ДНК ВЗН показывают, что он зародился в Африке. По мере своей миграции на другие континенты африканские птицы принесли их обитателям новый вирус. Одновременно вирус перекинулся и на людей. В Восточной Европе разразились эпидемии, характеризующиеся тем, что они вызывали у людей одну из разновидностей энцефалита, В 1996 году в Румынии эпидемия затронула 19 тысяч человек и унесла жизни 17 из них. Эти эпидемии, от Европы до Запада, могли быть результатом неподготовленности людей к ВЗН. В Африке, напротив, многие вырабатывали иммунитет, переболев в детстве.
Удивительно, что в Новом Свете вирус так долго оставался незамеченным. Потока людей, путешествовавших через Атлантический и Тихий океаны, было явно недостаточно для переноса вируса в Америку. Исследователи не могут сказать, как именно вирус в 1999 году попал в Нью-Йорк, но на этот счет существуют догадки. Штаммы ВЗН, характерные для Западного полушария, родственны вирусам, вызвавшим эпидемии среди птиц в Израиле в 1998 году. Возможно, что браконьеры привезли зараженных птиц в Нью-Йорк.
Сама по себе зараженная птица неспособна вызвать эпидемию в масштабах целой страны. Вирусам требовался переносчик. По "счастливой" случайности ВЗН смог "подружиться" с 62 видами москитов, живущими в США. Птицы тоже зарекомендовали себя подходящими носителями. Всего по оценкам ученых на территории США носителями ВЗН являются 150 видов птиц. А такие как дрозд, североамериканская голубая сойка и зяблик, являлись особенно комфортными вирусными инкубаторами.
Перемещаясь от птицы к москиту, а затем к другой птице, всего за 4 года вирус охватил всю территорию США. Одновременно наблюдались случаи заболевания и у людей. Около 85% зараженных людей не демонстрировали абсолютно никаких симптомов. У других 15% появлялись жар, сыпь и головная боль, примерно половина из них были вынуждены обратиться в больницу, где они в среднем проводили около 5 дней. У примерно 1 из 150 людей развивался энцефалит. С 1999 по 2008 год врачи зарегистрировали в США 28 961 случай заболевания ВЗН, из которых 1 131 закончился летальным исходом.
Попав в США, ВЗН начал свой привычный, выверенный эволюцией цикл, передаваясь от птицы к птице через укус москита. Весной у дроздов и других птиц появляется потомство, которое становится мишенью для москитов-переносчиков. К моменту наступления лета большая часть популяции птиц является носителями ВЗН. Это увеличивает шанс того, что укусивший птицу москит станет переносчиком. В это время года происходит значительное заражение людей. Когда же температура воздуха падает, москиты гибнут, и вирус перестает распространяться. До сих пор остается неясным, как вирус переживает североамериканские зимы. Возможно, он сохраняется в популяциях москитов, обитающих в южных районах, где зимы не настолько суровы. По другой версии, москиты передают вирус своим яйцам. Когда следующей весной инфицированные яйца дают жизнь новому поколению москитов, те уже способны инфицировать птиц.
ВЗН смог настолько хорошо приспособиться к экологии США, что его истребление не представляется возможным. К несчастью, врачи не могут предложить населению ни вакцины против вируса, ни препаратов для лечения самой болезни. Если случится, что вы заразитесь, остается только надеяться на то, что вы окажетесь среди тех, кто переболеет и поправится. В будущем ВЗН может стать еще более приспособленным к новой среде обитания. Джонатан Совероу (Jonathan Soverow) из медицинского центра "Бет Израэль Деаконесс" и его коллеги изучили 16 тысяч случаев возникновения симптомов ВЗН в период с 2001 по 2005 год, обращая особое внимание на погоду и время каждого проявления вируса. Они обнаружили, что большинство случаев заражения произошли в те дни, когда шли обильные дожди, была высокая влажность и одновременно стояла теплая погода. Теплая погода с большим количеством осадков и повышенной влажностью создает идеальные условия для ускоренного размножения москитов и продлевает их сезон размножения. Также при такой погоде внутри москитов быстрее развивается вирус.
К несчастью, в будущем нам стоит ожидать еще больше периодов с подобной погодой. Углекислый газ и другие парниковые газы повышают среднюю температуру воздуха, и метеорологи предсказывают, что несколько следующих десятилетий она будет продолжать расти. Теперь, когда вирус нашел свой новый дом, люди делают все, чтобы ему было комфортней.
Предсказываю новую чуму
Атипичная пневмония и вирус Эбола
Из тропического леса появляется охотник. В одной руке он держит карабин, в другой - труп обезьяны. Он заходит в деревню где-то на юго-востоке Камеруна. Подобная сцена повторяется каждый день во многих деревнях, и не только в Африке. Охотники добывают дичь, чтобы принести ее домой и накормить свою семью или просто на продажу. Но сегодня все заканчивается по-иному. Охотник отдает обезьяну своей жене, чтобы она ее разделала. Разделывая обезьяну, женщина останавливается и держит отделенную ногу над листком бумаги с прочерченными на нем пятью кругами. Капли крови заполняют один круг за другим. Затем жена охотника кладет листок бумаги в запечатывающийся пакет и передает его команде ученых, нанесших ей визит. Ученые Международной организации по прогнозированию вирусных заболеваний (The Global Viral Forecasting Initiative), проанализируют образцы крови на предмет наличия вирусов.
Международная организация по прогнозированию вирусных заболеваний пытается найти новые способы борьбы с вирусами. Когда-то где-то какой-то вирус грозит стать новой крупнейшей угрозой для человечества. Мы уже видели такое много раз и знаем, что это произойдет снова. Ученые из МОПВЗ считают, что борьба с новым вирусом будет успешнее, если мы будем знать что-либо о нем заранее. Чтобы на стороне вирусов не было фактора внезапности, ученые из МОПВЗ ищут вирусы, способные перекинуться на людей.
Лучшим объектом для поисков таких вирусов являются животные, такие как обитающие на территории Камеруна обезьяны, которых охотники убивают ради еды.
Угроза появления новых вирусов вдохновила Голливуд на создание целого ряда ярких фильмов. В фильме "Штамм "Андромеда"", вышедшем в 1971 году, на Землю падает спутник с инопланетным вирусом, который грозит уничтожить человечество. В вышедшем в 1995 году фильме "Эпидемия" привезенная из Африки обезьянка заражает смертельным вирусом целый город в Калифорнии, который армия решает разбомбить, чтобы не дать вирусу распространяться по стране. В фильме "28 дней спустя", вышедшем на экраны в 2002 году, эпидемия вируса охватывает Лондон, превращая его жителей в кровожадных маньяков.