Доктор биологических наук Сергей ЩЕЛКУНОВ, заведующий отделом молекулярной биологии геномов Государственного научного центра вирусологии и биотехнологии "Вектор" (Кольцово, Новосибирская область)

Вирус натуральной оспы - один из самых опасных в истории человечества инфекционных агентов - благодаря современным наукоемким технологиям может стать поставщиком уникальных продуктов - эффективных иммуномодуляторов для медицинских целей.

Напомним: вирусы не имеют клеточного строения, у них нет цитоплазмы, ядра, они не существуют самостоятельно. В их составе лишь нуклеиновая кислота (ДНК или РНК) и белковая оболочка. Способность к размножению, продуцированию собственных информационных РНК и белков они обретают, лишь попав внутрь бактериальной, растительной или животной клетки. При этом изменяются внутриклеточные структуры, нарушается обмен, истощается ресурсный потенциал зараженной клетки. Как и все живое вирусы могут эволюционировать - в природе постоянно происходят изменения генетических программ и селекция оптимальных вариантов. Но скорость и эффективность их размножения гораздо выше, чем высокоорганизованных организмов - за несколько часов из одной вирусной частицы, заразившей клетку, образуются сотни и тысячи дочерних. Поэтому в некой реальной популяции млекопитающих или птиц, генетически неизменной в короткий промежуток времени, раз-

стр. 31

вивается эпидемия, т.е. размножение вируса и его передача от особи к особи по принципу цепной реакции.

Такой процесс приводит к появлению множества мутантных (измененных) его вариантов и отбору одного из них, в данных условиях имеющего преимущество в распространении. Если инфекция столь опасна, что завершается летальным исходом, то погибают наиболее чувствительные к ней животные. Однако находятся и другие - слабо чувствительные или даже совершенно устойчивые к конкретному агенту.

Различие последствий обусловлено комбинацией генов особей. В итоге во время массовых эпидемий возникают новые варианты вирусов, а популяция высокоорганизованных организмов в свою очередь обогащается представителями, стойкими к инфекции. Так происходит их взаимообусловленная совместная, хотя и различающаяся по темпам, коэволюция: быстрая - вируса и значительно более медленная - его хозяина. У последнего намного большее число генов, но мутации устойчивости к вирусу обычно затрагивают лишь один из них, реже несколько, затрудняя адсорбцию (прикрепление) инфекционного агента на клетках-мишенях, его размножение или преодоление им защитных систем организма.

Особенно активный коэволюционный процесс характерен для "жестких" патогенов, вызывающих массовые эпидемии с высоким уровнем летальности. Самый печально известный в этом ряду - вирус натуральной оспы (ВНО). В результате его проникновения в организм человека развивается генерализованная инфекция с характерным высыпанием на теле. Летальность может достигать 20 - 30% от числа заболевших. Натуральная оспа антропонозна, т.е. передается только от человека к человеку - природный резервуар (иные виды млекопитающих) ее возбудителя отсутствует. Многие другие инфекции, в их числе оспа коров и оспа обезьян, зоонозны: их источник - дикие животные, от которых заражаются люди. Впрочем, полагают, что натуральная оспа некогда произошла от зоонозного возбудителя, при эволюционных изменениях утратившего способность передачи и размножения у большинства бывших природных хозяев, максимально адаптировавшись лишь к организму человека.

Особую опасность могут представлять вирусы, когда они эволюционно приобретают способность инфицировать новые виды животных. Защитные системы последних в массе своей не приспособлены к противодействию такому агенту, и тогда вступает в силу жестокий закон естественного отбора. Многие зараженные особи погибают, в живых остаются лишь те, чья комбинация генов случайно обеспечила им хотя бы частичную защиту. Так произошло в 1918 - 1919 гг., когда вирус птичьего гриппа не только стал заражать людей, но и эффективно передавался от больных к здоровым. Пандемия этого гриппа, получившего название "испанка", за короткое время унесла жизни не менее 20 млн. человек.

Как правило, подобные вирусы-убийцы, уничтожая чувствительных к ним хозяев, убивают и себя, ибо исчерпывается возможность их дальнейшего размножения. Сохраниться же способны лишь возникающие во время эпидемии мутантные варианты

стр. 32

с пониженной патогенностью для нового хозяина. Поэтому эпидемии с тяжелыми последствиями для популяций животных или человека вроде "испанки" происходят не часто.

Показателен пример с завозом европейцами натуральной оспы на Американский континент в XVI в. Коренные его обитатели никогда ранее не встречались с этой инфекцией, их генетическая программа не была "настроена" на защиту от нее, поэтому оспа стала страшным бедствием для индейцев. Некоторые племена вымирали практически полностью; только в течение 1520 г. в Мексике, по некоторым данным, число жертв достигло 3,5 млн. После того как страшная болезнь, наводя ужас, "испепеляющим пожаром" прошла по Америке, все последующие ее эпидемии имели здесь низкий уровень летальности (менее 2%) - сработала коэволюция как вируса, так и местной человеческой популяции.

Характерная особенность В НО - эффективность его передачи воздушно-капельным путем, что ведет к высокой заболеваемости. За неполные 80 лет минувшего столетия общее число погибших от оспы превысило 300 млн. человек - одна инфекция убила значительно больше людей, чем все войны кровопролитного столетия. Хотя именно в XX в. была развернута активнейшая профилактическая борьба с ней, заключавшаяся в массовой вакцинации населения и строгом противоэпидемическом надзоре.

В 1958 г. по предложению делегации СССР XI сессия Всемирной ассамблеи здравоохранения приняла резолюцию о проведении мероприятий, обеспечивающих ликвидацию оспы на планете. И в 1977 г. был зафиксирован последний случай - огромные усилия мирового сообщества увенчались успехом. Это первый и пока единственный пример глобальной ликвидации опаснейшего инфекционного заболевания.

В настоящее время на Земле существуют вирусы, близкородственные ВНО, получившие названия вирусов оспы обезьян (ВОО) и оспы коров (ВОК). Оба способны заражать в природе широкий круг чувствительных животных. Особую озабоченность ученых и медиков вызывает ВОО. По клиническим проявлениям оспа обезьян у заболевших ею людей очень похожа на натуральную оспу и летальность от нее в ряде изученных случаев достигала 16%. Главное их отличие в том, что ВОО имеет гораздо меньшую по сравнению с ВНО эффективность передачи от человека к человеку, поэтому до сих пор не вызывал распространенных эпидемий среди людей. В свою очередь ВОК, как правило, обусловливает развитие заболевания с локальными кожными поражениями, не наносящего существенного вреда здоровью человека. Но если патоген попадает в организм, страдающий иммунодефицитом, он может привести к генерализации инфекции, т.е. широкому ее распространению по органам, а в результате - к гибели.

Сотрудники Государственного научного центра вирусологии и биотехнологии "Вектор" первыми в мире расшифровали структуру геномов ВНО (1992 г.),

стр. 33

Частица вируса натуральной оспы - самая крупная и сложно организованная среди вирусов млекопитающих. Для сравнения в одном масштабе изображена частица полиовируса (вызывает развитие полиомиелита) и цепочка бактериальных клеток пневмококка.

ВОК (1997 г.) и ВОО (2001 г.), выделенных от больных пациентов, что позволило сравнить генетические программы этих агентов. Каждый из них имеет очень сложную организацию. Так, в составе генома ВОК, имеющего размер 224 тыс. пар нуклеотов, входит 213 генов. У многих вирусов число генов на порядок меньше. Мы выявили также, что все перечисленные патогены кодируют большой набор белков, обладающих различными иммуномодулирующими свойствами, благодаря чему они преодолевают многочисленные защитные реакции организма хозяина, в частности человека.

ВОО и ВОК имеют широкий круг чувствительных к ним млекопитающих, в силу чего эволюционно адаптированы для размножения в особях разных их видов. Зато строго антропонозный ВНО эволюционно лучше приспособлен к преодолению защитных систем организма человека, что и позволяло ему вызывать массовые эпидемии с высоким процентом летальности.

Как правило, иммуномодулирующие вирусные белки на ранних этапах инфекции выходят из зараженных клеток и взаимодействуют с ключевыми белками-регуляторами как специфических, так и неспецифических иммунных реакций организма хозяина. К последним относятся воспалительные реакции, синтез универсального противовирусного белка - интерферона, инактивация вируса многокомпонентным белковым комплексом крови - комплементом, хемотаксис (направленное движение) макрофагов к очагу инфекции и др.

Специфический иммунный ответ на инфекцию развивается медленнее и регулируется различными цитокинами* (интерлейкинами**, гамма-интерфероном, фактором некроза опухолей (ФНО)). В результате взаимодействия со специфичными регуляторными белками вирусные белки подавляют защитные реакции зараженного животного, обеспечивая размножение и передачу патогена другой особи. При этом чем эффективнее идет инактивация сигнальных молекул организма, тем сильнее развивается инфекция и выше вероятность летального исхода. Учитывая упомянутые свойства иммуномодуляторных белков ВНО, мы попытались использовать этот вирус в качестве поставщика уникальных медицинских препаратов.

Известно, что патологические состояния организма часто обусловлены необычно высоким уровнем того или иного цитокина. Например, трудно поддающийся лечению и часто приводящий к смерти септический шок обусловлен сверхвысоким уровнем продуцирования ФНО. Попытки его нейтрализации антителами или растворимой формой клеточного рецептора ФНО дают некоторый положительный результат, однако, по нашему предположению, вирусный компонент сможет действовать гораздо эффективнее.

Методами генетической инженерии мы извлекли из ДНК вируса натуральной оспы индивидуальный ген и встроили его в биологически безопасный для

* Цитокины - межклеточные сигнальные молекулы, участвующие в различных биологических процессах. Обеспечивают развитие воспаления и иммунный ответ (прим. ред.).

** Интерлейкины - группа цитокинов, обеспечивающих обмен информацией между различными лейкоцитами (прим. ред.).

стр. 34

Результаты биологического тестирования ФНО-связывающего белка вируса натуральной оспы (BHO-CrmB) для терапии септического шока, вызванного у мышей инъекцией бактериального липополисахарида (ЛПС). БСА - нейтральный белок "бычий сывороточный альбумин".

млекопитающих бакуловирус* насекомых. Полученный рекомбинантный бакуловирус в культуре клеток насекомых синтезировал ФНО-связывающий белок вируса натуральной оспы. Когда выделили этот вирусный белок в чистом виде и изучили его свойства, оказалось, что по сравнению с применяемыми растворимыми клеточными рецепторами он в сотни раз эффективнее ингибирует биологическую активность ФНО человека. Более того, на модели септического шока у мышей нам удалось показать, что индивидуальный белок ВНО обладает выраженным лечебным действием. Если в контрольной группе погибали 80 - 100% животных, то в другой, где вводили вирусный белок, летальность снижалась до 20 - 30%. Эксперименты также подтвердили: аналогичные компоненты ВОЮ и ВОК не имеют выраженной результативности при лечении септического шока.

Таким образом, даже на этом, пока единичном примере видно: патоген, наводивший ужас на человечество многие столетия, может быть "приручен" современными научными технологиями и способен в ближайшем будущем принести неоценимую пользу в медицинской практике.

Иллюстрации предоставлены автором

* Бакуловирусы - группа вирусов, поражающих членистоногих, особенно насекомых, способны перестраивать экспрессию генов клетки-хозяина таким образом, что она начинает синтезировать белок вирусной оболочки. Широко используется в генной инженерии (прим. ред.).

Permanent link to this publication: