Был тихоней, стал «массовым убийцей». Как и почему мутируют вирусы?

Пандемия COVID-19 длится почти полтора года, и до сих пор неясно, когда она закончится. Коронавирус показывает чудеса приспособляемости: с начала вспышки были обнаружены сотни его мутаций, а вообще в природе, по оценкам учёных, циркулирует несколько тысяч штаммов SARS-CoV-2.

Когда именно на Земле появились первые вирусы, наука точно не знает. Недавно учёные нашли в леднике Тибета 28 неизвестных ранее агентов. Как минимум половина из них вернулась к жизни после того, как лёд (а его возраст — 15 тыс. лет) растаял. Авторы этого открытия надеются на то, что оно поможет им проследить эволюцию вирусов.

"АиФ" рассказывает, как она вообще происходит. 

Новая волна. Микробиолог о штаммах, вакцинации и новом взгляде на COVID-19 Подробнее

Дамоклов меч над человечеством

Весной 1997 года в Гонконге заболел трёхлетний мальчик. Болезнь напоминала обычную простуду, но высокая температура и кашель держались почти неделю, и малыша отвезли в больницу. Спасти его, увы, не удалось. Когда вирусологи проанализировали образцы мокроты мальчика, они обнаружили в ней вирус H5N1. Этот патоген вызывает острую инфекционную болезнь у птиц, известную как птичий грипп.

К августу 2005 года было зафиксировано 112 случаев заболевания людей птичьим гриппом в странах Юго-Восточной Азии. 64 из них закончились летальным исходом. Вообще, летальность вирусов птичьего гриппа необычайно высока: в данном случае она составила около 50%, а бывает, что у некоторых штаммов она достигает и 100%.

Было установлено, что во всех зарегистрированных медиками случаях вирус H5N1 передался людям от домашних птиц. И нам всем крупно повезло, что он не приобрёл способности передаваться от человека к человеку. Это могло случиться, если бы он встретился в организме птицы или какого-нибудь другого животного с вирусом сезонного гриппа. Два инфекционных агента обменялись бы генетическим материалом, и в результате возникли бы новые варианты вирусов, возможно, с более неприятными для нас свойствами. Такой обмен на языке биологов называется реассортацией, и он является одним из механизмов эволюции вирусов и возникновения патогенов, вызывающих пандемии с многомиллионными жертвами.

Так, вирус «испанки», погубивший более 50 миллионов человек век назад, как предполагают учёные, появился как раз в результате обмена генами между вирусами птичьего гриппа и человеческого. В конце 1990-х американские учёные выделили этот патоген из захороненных на Аляске тел, исследовали и нашли в нём лишь одно существенное изменение, которое сделало его «массовым убийцей». Мутация произошла в гене поверхностного белка, после чего вирус получил способность связываться с рецепторами на тканях верхних дыхательных путей человека.

Но вернёмся к смертоносному вирусу птичьего гриппа H5N1. Угроза того, что он приобретёт способность передаваться от человека к человеку, никуда не делась. Она по-прежнему существует и дамокловым мечом висит над цивилизацией. Всемирная организация здравоохранения неоднократно об этом предупреждала. 

Коронованная мутация. Что стоит за сообщениями «Вирус стал опаснее в 8 раз» Подробнее

Города — очаги эпидемий

У науки нет единой версии происхождения вирусов. Загадочно выглядит и их регулярный, ежегодный апгрейд: непонятно, откуда и по каким причинам в природе вдруг возникают новые, ранее неизвестные виды. И некоторые из них настроены по отношению к человечеству весьма недружелюбно.

Вообще, каждая клетка нашего организма несёт в себе следы прошлых встреч с вирусами. Они окружали человека всегда и повсюду, демонстрируя феноменальную способность меняться и приспосабливаться. Это вызвано, во-первых, тем, что у вирусов, как правило, нет системы починки (репарации) повреждений ДНК, и любая мутация в их геноме сохраняется, участвуя в дальнейшем отборе. А естественный отбор — двигатель эволюции. Во-вторых, разные вирусы, заразившие одну и ту же клетку, как уже сказано, легко обмениваются фрагментами генетической информации, порождая всё новые и новые варианты. В-третьих, у них очень быстро происходит смена поколений: на неё может уйти всего пара суток.

Европейская цивилизация со времён античности подвергалась опустошающим эпидемиям, возбудителями которых выступали как вирусы, так и бактерии. В первую очередь это были чума, холера и натуральная оспа. Порой инфекционные заболевания приходили друг за другом, опустошая города и оставляя в живых меньшую часть населения.

Первая зафиксированная в письменных источниках вирусная эпидемия, как предполагают учёные, случилась в Риме в 166 году. Историкам она известна как Антонинова чума, но, судя по признакам, это была оспа или корь. А некоторые исследователи считают, что это были вспышки того и другого заболеваний, сменившие друг друга. Эпидемия свирепствовала более 20 лет. Римский историк Кассий Дион писал, что в 189 году за один день в столице империи от неё умирало около 2 тысяч человек.

Именно города, где люди жили в тесном контакте и при большой численности, в дальнейшем становились очагами инфекционных вспышек. Помимо скученности населения, пагубную роль играло снижение иммунитета, вызванное непременными спутниками городской жизни: загрязнением среды обитания и стрессами. Всё это в совокупности создавало (и продолжает создавать) хорошие условия для эволюции вирусов и появления их новых вариантов.

В качестве примера можно привести вирусы герпеса. Ими инфицировано большинство населения Земли, но, пока человек живёт в нормальных условиях, они никак себя не проявляют. Однако, если иммунитет даёт сбой, причиной которого может быть всё тот же стресс или плохая экология, некоторые вирусы герпеса (всего их в человеческой популяции циркулирует 8 типов) активизируются, ещё более угнетая защитные силы организма. В итоге «открываются ворота» для более опасных вирусов, которые уже могут привести к эпидемии. 

Угроза с Востока. Что известно о новых вирусах, которые переносят клещи? Подробнее

Чего они от нас «хотят»?

На протяжении всего 2020 года учёные и врачи объясняли нам нюансы жизнедеятельности инфекционных патогенов, в первую очередь — коронавируса SARS-CoV-2. Мы узнали, что вирус, как и любой паразит, не заинтересован в смерти хозяина, ведь жить и размножаться вне клетки он не может. Даже геморрагическая лихорадка эбола, наводящая ужас на жителей Африки и признанная угрозой мирового масштаба, убивает в среднем половину заразившихся ею. Да, при некоторых вспышках её летальность достигала 90%, но каждый десятый всё-таки оставался в живых.

Те феноменальные способности к изменчивости и приспособляемости, которые показывают вирусы, нацелены вовсе не на убийство хозяина, а на максимально быструю и эффективную репликацию, попросту говоря, размножение. Именно в этом задача их эволюции, а не в том, чтобы посильнее нас помучить и свести в могилу как можно больше людей. Гибель хозяина или его тяжёлое состояние — всего лишь «побочный эффект» деятельности вируса.

Некоторые из них намеренно снижают интенсивность своего размножения, чтобы носитель продолжал жить, не умирал. Другие и вовсе выработали в ходе эволюции такую стратегию: встраивать свой геном в клетку хозяина и жить, никак не проявляя себя. Правда, если возникает угроза (или вирусу «кажется», что она возникает), то он мигом способен активизироваться и убить своего носителя, чтобы перейти к другому.

На заре человечества вирусы участвовали и в эволюции Homo sapiens тоже: они помогали создавать новые гены нашим далёким предкам. Ряд учёных считают, что они и сейчас остаются «орудием» нашей эволюции, поскольку регулируют посредством эпидемий численность и жизнеспособность популяции. Создав себе максимально комфортную среду, перекроив под себя планету и отгородившись от дикой природы, человек возомнил себя совершенным биологическим видом. Вирусы всего лишь напоминают ему о том, что он один из многих.

То же самое касается и коронавируса SARS-CoV-2. Пройдёт время, и мы как-то уживёмся с ним. Возможно, даже поймём, что ему от нас было нужно.