Майкл Кордингли - Вирусы. Драйверы эволюции. Друзья или враги?

Дженнер начал делать прививки против оспы вирусом коровьей оспы, полученным из оспенных поражений на коже быков (вспомним, что Туорт получал материал из язв, когда открыл бактериофаги стафилококков, которые загрязняли его пробы), но сегодня используются различные штаммы вакцинных вирусов. Это штаммы ортопоксвируса, близкородственного филогенетически вирусу натуральной и вирусу коровьей оспы. У этого вируса широкий диапазон хозяев и вызывает сравнительно легкое заболевание. Все геномы ортопоксвирусов отличаются близким родством, что обусловливает перекрестную антигенную реактивность между вирусами этого рода. Наш иммунитет против оспы, возникающий после вакцинации, является результатом такого перекрестного защитного действия, направленного изначально против антигенов вакцинного вируса. Пригодными для вакцинации эти вирусы делает низкая патогенность в отношении широкого спектра хозяев. Вакцинация приводит к развитию иммунитета против всех ортопоксвирусов. Сегодня вирус оспы считается вымершим, и поэтому вакцинацию отменили. Только небольшая группа людей – ученые, работающие с ортопоксвирусами, – рутинно получают вакцину во избежание случайного заражения. В США поголовная вакцинация была прекращена в 1972 году, а в 1979 году ВОЗ рекомендовала прекратить вакцинацию во всех странах. Когда последнее поколение вакцинированных состарится и умрет, ему на смену придут люди, не привитые против ортопоксвирусов. Было высказано предположение о том, что в отсутствие иммунитета население станет восприимчивым к зоонозному заражению вирулентными поксвирусами (Shchelkunov, 2013). Некоторые поксвирусы, инфицирующие широкий спектр хозяев, обладают более богатым набором генов, чем вирулентный вирус натуральной оспы, что порождает рассуждения о том, что мутации, потери генов или рекомбинация могут воссоздать новый вирулентный зоонозный поксвирус. Возвратный зооноз обезьяньей оспы является тревожным сигналом. Природными хозяевами вируса служат африканские грызуны, и после прекращения вакцинации в Республике Конго заболеваемость людей обезьяньей оспой возросла в тридцать раз (Rimoin et al., 2010). Это весьма удручающая статистика. Мы должны сохранять бдительность, потому что ортопоксвирусы определенно обладают потенциалом вызывать вспышки серьезных заболеваний, учитывая возможность соответствующих генетических изменений и антропогенных изменений эпидемиологической обстановки.

Таким образом, многократный пассаж вируса в чужих клетках in vitro ослабляет давление отбора со стороны хозяина, который поддерживает его патогенный потенциал in vivo . Это давление замещается давлением отбора со стороны клеток нового хозяина. В результате вирус воспроизводимо теряет свой патогенный потенциал в отношении нативного хозяина; для вируса начинается, если можно так выразиться, процесс видообразования, но он при этом адаптируется к росту в клетках нового вида и не способен вызывать заболевание этих клеток. Процесс аттенуирования вируса – это процесс генетической дивергенции от канонического дикого типа. Из пяти различных вакцин против кори, для которых было проведено секвенирование геномов, у всех была обнаружена одна и та же совокупность нуклеотидных замен, в то время как другие мутации были ограничены одним или частью вирусных вакцинных штаммов. Благоприятными оказались общие пути ослабления, а число этапов мутаций, ведущих к ослаблению, оказалось удивительно небольшим. Ни один из пяти вакцинных штаммов не отличался от штамма дикого типа, Эдмондстонского штамма вируса кори, более чем на 0,3 % и содержал не более двадцати пяти несинонимических мутации (Parks et al., 2001).

Такой режим ослабления был с успехом использован и у других вирусов, в частности вирусов свинки, краснухи и полиомиелита. Все они являются РНК-содержащими вирусами, которые в ходе репликации с большой скоростью создают генетическое разнообразие, и поэтому они легко подвергаются измененному давлению отбора, который быстро сохраняет новые мутации в вирусных линиях, преобладающих в искусственных системах in vitro . Использование этих штаммов в качестве вакцин чрезвычайно эффективно. Никаких признаков болезни после инфицирования не возникает, но ограниченная репликация ослабленного вируса в клетках человека вызывает мощный иммунный ответ, который обеспечивает защиту от циркулирующих патогенных штаммов дикого типа. В итоге производители вакцин создали вирус, который уже не приспособлен для инфицирования и поражения человеческого организма; он может вызывать лишь тупиковую инфекцию. Инокуляция вируса приводит лишь к абортивному заболеванию, которое стимулирует иммунный ответ и уничтожение введенного вируса, как это происходит и при естественной инфекции.

Вакцинацию живым ослабленным вирусом можно сравнить с межвидовой передачей вирусов, вызывающих зоонозную инфекцию. Если вакцинный штамм является РНК-содержащим вирусом, то можно ожидать, что введение вакцины приведет к появлению популяции генотипов, представляющих квазивиды, возникающие во время репликации и амплификации вируса в клетках хозяина. Больше того, репликация вируса в реципиенте вакцины создает генетическое разнообразие, обеспечивая возможность для реверсии ослабленного генотипа. Это реальное, но редко проявляющееся осложнение вакцинации живыми ослабленными вирусами.

Разработанная Альбертом Сэбином для приема внутрь вакцина, приготовленная из ослабленного живого вируса полиомиелита и введенная в клиническую практику в пятидесятые годы, является главным оружием в кампании глобального искоренения полиомиелита. Можно надеяться, что это будет второй (после натуральной оспы) вирус, который будет уничтожен благодаря технологии производства вакцин. Заболеваемость полиомиелитом в мире сократилась на 99 %, но вирус остается эндемичным в некоторых странах, где охват населения вакцинацией остается низким (WHO, 2015b). Вакцина высокоэффективна, потому что вирус инфицирует клетки нашего кишечника и реплицируется там до высоких титров. Он не вызывает заболевание, но приводит к мощному и пожизненному иммунному ответу на вирус. Но эта репликация, однако, с необходимостью влечет за собой появление генотипических вариантов с потенциально высокой патогенностью и, самое главное, вирулентностью в отношении нервных клеток. В местах с недостаточным охватом населения вакцинацией эволюция таких производных от вакцин вирусов полиомиелита привела к вспышкам этого заболевания, которые угрожают успеху программы искоренения полиомиелита (Burns et al., 2014). Неспособность полиовирусной РНК-полимеразы без ошибок редактировать свой продукт приводит к неверному включению нуклеотидов во время каждого цикла репликации генома. Вакцинный штамм Сэбин-1 серотипа 1 вируса полиомиелита отличается от родительского вирулентного дикого вируса P1/Mahoney 56 отдельными мутациями, рассеянными среди 7600 нуклеотидов РНК-генома (Christodoulou et al., 1990). Тем не менее некоторые из этих мутаций оказывают большее влияние на ослабленный фенотип, чем другие, и во время репликации в клетках кишок реверсия всего одной или нескольких из этих ослабляющих мутаций может породить вирулентные штаммы, способные вызвать заболевание полиомиелитом (Burns et al., 2014).