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

Главный путь передачи птичьего гриппа человеку – заражение от инфицированных домашних птиц. Введение определенных мер контроля и такие меры, как ежемесячные «дни чистоты» на китайских рынках живой продукции, в какой-то мере помогли снизить опасность пандемической вспышки птичьего гриппа. Тем не менее главное препятствие на пути распространения гриппа находится в области генетики.

Вирус птичьего гриппа H5N1, поразивший людей в 1997 году, не был результатом рекомбинаций между человеческим и птичьим вирусом. Это был вирус чисто птичьего происхождения, оказавшийся чрезвычайно вирулентным для человека. Значительная часть заболевших страдала от классических симптомов тяжелого гриппа, но у некоторых пациентов поражение было более системным и выходило за пределы дыхательной системы, которой обычно ограничивается место проникновения вируса гриппа (Horimoto, Kawaoka, 2001). Уже давно установлено, что вирусы птичьего гриппа проявляют неодинаковую патогенность у птиц. В самом деле, у индеек – вида, который поражается чаще других, – вирулентные вирусы вызывают птичью чуму, молниеносно развивающееся заболевание, поражающее все органы и системы. Невирулентные штаммы птичьего гриппа, однако, приводят к легко протекающей или бессимптомной инфекции, ограниченной поражением пищеварительного и дыхательного тракта. В значительном числе исследований было показано, что высокопатогенные вирусы птичьего гриппа несут различные варианты генов ГА. Эта вариабельность основана, однако, не на различиях в антигенности белков, которые могут говорить об этих вирусах как о потенциальной причине пандемии. Это функциональная разница, определяющая разный тропизм вирусов и роль ГА в способности вируса проникать в клетку хозяина.

Белки ГА синтезируются вначале в виде единственного полипептида, HA0, который в ходе посттрансляционной модификации претерпевает протеолитическое расщепление на две субъединицы, HA1 и HA2, которые, в свою очередь, подвергаются конформационным изменениям, но остаются связанными между собой. В результате расщепления освобождается концевая аминогруппа HA2, за которой следует гидрофобная цепь аминокислот, которую называют пептидом слияния . Свободный пептид слияния проникает в эндосомную мембрану, в полости которой вирус транспортируется в клетку, обеспечивая слияние вирусной оболочки с мембраной и проникновение всего вирусного нуклеокапсида в цитоплазму клетки-хозяина. Расщепление ГА протеазами клетки-хозяина является решающим фактором успешного инфицирования, и считается, что необходимые для этого протеазы находятся у человека и птиц только в клетках дыхательной системы и пищеварительного тракта. Этим объясняется тот факт, что невирулентные штаммы вируса птичьего гриппа в типичных случаях поражают именно эти ткани. Но что можно сказать о высокопатогенных вирусах, которые могут поражать другие ткани и вызывать системные поражения? Объяснение было найдено в аминокислотной последовательности фрагмента, соединяющего ГА1 и ГА2. Невирулентные штаммы вируса птичьего гриппа имеют единственный остаток основной аминокислоты в качестве концевой аминогруппы ГА2 – аргинин или лизин. Этот сайт распознается и расщепляется сериновыми протеазами, секретируемыми клетками дыхательного и пищеварительного трактов (Horimoto, Kawaoka, 2005, 2001). У высокопатогенных штаммов вирусов птичьего гриппа сайты расщепления состоят из множества основных аминокислотных остатков, и эти сайты расщепляются протеазами, которые присутствуют практически во всех клетках организма. Часто вирусы человеческого и птичьего гриппа культивируют в клетках собачьих почек. Как правило, в среду добавляют протеазу, чаще всего трипсин, для того чтобы завершить процессинг ГА и реализовать инфекционный потенциал вирусных частиц. Эти «неестественные» клетки-хозяева не продуцируют протеазу, необходимую для инфицирования. Высокопатогенные варианты вирусов птичьего гриппа с длинной цепью основных аминокислот в сайте расщепления прекрасно растут на любых клеточных средах без искусственного добавления протеаз. Белки H5 и H7 располагают сайтами расщепления, которые распознаются вездесущими протеазами, что и сообщает этим вариантам чрезвычайно высокую патогенность. Суарес и его коллеги проанализировали нуклеотидные последовательности вирусов H5N1, выделенных во время вспышки гриппа в Китае в 1997 году. Вирусы, вызывавшие спектр тяжелых респираторных и системных поражений, действительно, обладали длинной последовательностью основных аминокислот в сайте расщепления пептидов HA1-HA2, что является надежным признаком высокой патогенности вирусов птичьего гриппа (Suarez et al., 1998).

Надо особо подчеркнуть, что высокопатогенные варианты вируса птичьего гриппа, проявляющие вирулентность в отношении домашних птиц (и человека), сами по себе не считаются первыми кандидатами на роль возбудителей пандемии. Надо, кроме того, отметить, что пандемический вирус гриппа не обязательно должен обладать цепью из множества основных аминокислот в месте расщепления ГА-белка. Пандемия гриппа 1918 года представляет собой подтверждающий это положение пример: считается, что вирус этот имел птичье происхождение (глава 5), но ГА-белок обладал только одним основным аминокислотным остатком в месте расщепления на границе между ГА1 и ГА2. Несмотря на свою высокую вирулентность для человека, репликация этого вируса была ограничена клетками дыхательного тракта (Chaipan et al., 2009).

Представляется, что такие вирусы, как H5N1 и H7N9, циркулирующие в популяциях домашних птиц, передаются людям с трудом. Эти вирусы могут вызывать спорадические инфекции у людей, то есть имеют возможность, но не располагают средствами, достаточными для того, чтобы стать эпидемическими. Мнения ученых относительно возможности возникновения пандемии этими вирусами, подобной эпидемии 1918 года, расходятся. Некоторые специалисты утверждают, что если такой вирус до сих пор не возник, то едва ли он возникнет и в будущем, а другие уверяют, что нам не стоит проявлять столь безмятежное благодушие. Генетические изменения, которые должны произойти в вирусах птичьего гриппа для того, чтобы он стал по-настоящему эпидемическим для человека, неясны и требуют тщательного исследования. Эта задача отличается невероятной сложностью и поэтому породила бурю политических дебатов, которые разделяют научное сообщество и приводят к столкновению науки и политики.

Вирус птичьего гриппа H5N1 в настоящее время вызывает среди людей лишь ограниченные вспышки. Несмотря на то что эти высоковирулентные штаммы вызывают у заболевших индивидов тяжелые, а иногда и смертельные поражения нижних дыхательных путей, передача вируса другим людям происходит нечасто. Большинство инфекций заканчивается тупиком, что служит характерным признаком многих межвидовых вирусных перескоков. Дефицит в строении H5N1, который приводит к снижению передачи заболевания между людьми, имеет свое объяснение. Птичий грипп – это кишечный вирус, реплицирующийся в кишечнике птиц, где восприимчивые клетки слизистой оболочки в большом количестве экспрессируют на своей поверхности молекулярные рецепторы вирусных частиц. На поверхности клеток эпителия слизистой оболочки кишечника выявлены многочисленные олигосахариды, на концах которых расположен остаток сиаловой кислоты, связанный α-2,3-связью с галактозой (я назову эти связи α-2,3-рецепторами). Эта часть рецепторов связывается преимущественно ГА-белком птичьего вируса, что позволяет ему распознавать клетки-хозяева в кишечнике и проникать в них. Воздушно-капельный путь заражения у человека требует, чтобы инфицирующий вирус, попавший в полость ротоглотки, нашел там восприимчивые клетки с соответствующими рецепторами, способными связываться с вирусными частицами. Однако у людей реснитчатый эпителий, выстилающий верхние дыхательные пути, не располагает α-2,3-рецепторами; те особые рецепторы находятся только в нижних дыхательных путях. У людей в верхних дыхательных путях преобладают α-2,6-связи сиаловой кислоты олигосахаридов с галактозой (α-2,6-рецепторы). Представляется, что дефицит восприимчивых клеток с α-2,3-рецепторами в верхних дыхательных путях ограничивает масштабы воздушно-капельной передачи вируса у людей. Успешность передачи вируса птичьего гриппа H5N1 от человека к человеку зависит от способности вируса попасть в нижние дыхательные пути, где много восприимчивых клеток, несущих на своей поверхности α-2,3-рецепторы (Cauldwell et al., 2014). Это требует длительной и тесной экспозиции к вирусу, что случается достаточно редко. Напротив, вирус гриппа человека типа А адаптирован к распознаванию α-2,6-рецепторов, превалирующих в верхних дыхательных путях, а следовательно, этот вирус легко передается между людьми воздушно-капельным путем.