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

Известно, что есть индивиды, которые, будучи инфицированными вирусами Эбола, не выказывают никаких признаков болезни (Leroy et al., 2000); возможно, эти люди обладают генотипом, который позволяет сопротивляться высокой вирулентности вируса. Выглядит вполне правдоподобным, что если вирус инфицирует достаточное число людей (естественно, обладающих разнообразными генотипами), то он, возможно, инфицирует и тех индивидов, которые являются исключительно эффективными распространителями; у таких людей заболевание может протекать бессимптомно, или возможно, что организм сумеет противостоять болезненным проявлениям, но без подавления репликации вируса. Такие индивиды будут способствовать широкому распространению эпидемии, а также могут послужить источником новых вирусных штаммов, обладающих способностью к более эффективной передаче.

В целом эти рассуждения о потенциальных эволюционных траекториях эболавирусов относятся к категории известного о неизвестном. Мы можем просто отметить, что это более или менее вероятные исходы зоонозной передачи и что редкие события будут более вероятны при массовой эпидемии с большим числом передач. Даже то, что мы можем считать известным об известном в отношении биологии вирусов Эбола и в отношении вызываемых ими заболеваний, основано в конечном счете на немногих исследованиях и на наблюдении немногочисленных больных. Ведь всего за считанные месяцы 2013–2015 годов число инфицированных эболавирусами превысило суммарное число инфицированных до этого после первого появления этих вирусов в 1976 году.

В наше понимание эволюции эболавирусов во время эпидемии 2013–2015 годов внесли вклад многие группы ученых. Некоторые прежние, принятые по умолчанию допущения относительно вспышек эболавирусной инфекции были подтверждены, а также были получены новые знания по эпидемиологии на основании наблюдения генетических изменений в расходящихся в ходе филогенеза вирусных линиях. Никогда прежде у ученых не было возможности секвенировать геномные последовательности вирусов после их многочисленных передач от человека к человеку. Эболавирусы располагают геномом, состоящим из отрицательной цепи РНК, которая реплицируется с помощью РНК-полимеразы, и мы ожидаем, что ошибочное включение одного или двух нуклеотидов в дочерние геномы может создать отличную популяцию вирусов, составляющую квазивид. Этот квазивид является объектом очищения или диверсификации под действием давления положительного отбора внутри организма-хозяина и, конечно, во время передачи новому хозяину, когда вирусу приходится преодолевать узкое бутылочное горлышко. Ширина горлышка определяется минимумом инфицирующей дозы. Результаты первого анализа доступных геномных последовательностей вирусов, выделенных в Гвинее и Сьерра-Леоне, появились осенью 2014 года (Gire et al., 2014; Baize et al., 2014). Несколько наблюдений позволили охарактеризовать природу вспышки заболевания. Оно возникло в результате единичной межвидовой передачи в человеческую популяцию: все полученные штаммы имели происхождение от одного вируса, который появился в начале того года в Гвинее. Этот вирус представлял отдельный самостоятельный таксон, произошедший от линий вирусов, циркулировавших в Центральной Африке на протяжении предыдущего десятилетия. Каждая из зарегистрированных вспышек эболавирусной инфекции вызывалась независимым зоонозным событием, передачей человеку вирусов, циркулирующих в природных резервуарах. Эти наблюдения научили нас, что, по всей вероятности, эболавирусы циркулировали в природном животном резервуаре в обширных регионах Африки задолго до их первого обнаружения в 1976 году. Это противоречит более раннему предположению о том, что картина последовательных вспышек отражает фронт наступления эпидемии вновь появившихся эболавирусов, распространяющихся по Африке (Wittmann et al., 2007).

Изучение геномов эболавирусов, выделенных из клеток семидесяти восьми больных в Сьерра-Леоне (Gire et al., 2014), подтвердило, что эпидемия была вызвана двумя самостоятельными штаммами, переданными из Гвинеи. Эти же ученые обнаружили разнообразные мутации этих штаммов, некоээиторые из них были несинонимическими, а значит, могли указывать на возможность адаптивных эволюционных изменений. Более того, частота нуклеотидных замен оказалась выше во время эпидемии, чем в промежутках между вспышками. Это наблюдение и побудило Остерхольма закричать: «Волки!» и предположить, что вирус мутирует быстрее, чем в норме, а значит, существует опасность его воздушно-капельной передачи. Это станет ясно, когда я перейду к обсуждению более поздних исследований, выполненных той же и другими группами ученых, которые убедительно показали, что это не так. Чтобы быть честными по отношению к авторам, необходимо добавить, что они сопроводили свое сообщение о повышении частоты мутаций во время эпидемии соответствующими оговорками. Эту частоту можно было переоценить из-за незавершенного очищающего отбора, феномена, который позволяет некоторым губительным мутациям существовать в смешанных популяциях до того, как они будут уничтожены очищающим отбором. В этом отношении научное содержание статьи было корректным и уравновешенным, если ее внимательно читать.

Эпидемия в Сьерра-Леоне была предметом более полных последующих исследований, выполненных в основном теми же авторами (Park et al., 2015), которые теперь имели доступ к последовательностям эболавирусов, взятых более чем у 300 больных, и ученые получили возможность охарактеризовать мелкие варианты вируса, которые могли встречаться в организме одного хозяина. Теперь можно было исследовать новый слой эволюционного пазла: возникновение полиморфизма, мутантов, составляющих значимое меньшинство вирусных квазивидов, циркулирующих в организме одного пациента. Вспышка заболевания в Сьерра-Леоне, действительно, была вызвана передачей двух штаммов эболавирусов – SL1 и SL2 из Гвинеи. SL2, предположительно, развился ранее из SL1 и накопил с тех пор четыре мутационных изменения. В свою очередь, очень скоро возникла третья линия – после того, как вирус проник в Сьерра-Леоне. Вначале он был идентифицирован как минорный вариант, извлеченный из крови единственного больного, но вскоре он стал доминирующим штаммом, направлявшим эпидемию в Сьерра-Леоне. Возможность выявлять минорные варианты, различающиеся по частоте у разных больных, говорит об одном интригующем аспекте передачи эболавирусов, который может иллюстрировать главное препятствие для эволюции к повышенной трансмиссивности или к возможности воздушно-капельной передачи. Авторы отметили, что в некоторых изолированных группах больных были обнаружены полиморфизмы, варианты, отличающиеся друг от друга на один нуклеотид от доминирующего в популяции генотипа. Новому хозяину иногда совместно передавались геномы с разными последовательностями, что поддерживает идею о том, что инфекционный вирусный инокулят состоит из разнообразной популяции вирусов, представленной циркулирующими в крови вариантами хозяина-донора. Это говорит о существенной ширине бутылочного горлышка и позволяет предположить, что успешное инфицирование требует переноса в организм нового хозяина большого числа вирусных частиц. Эмпирическое наблюдение, согласно которому для успешной передачи вируса от человека к человеку требуется непосредственный контакт с инфицированными телесными жидкостями, согласуется с необходимостью крупного вирусного инокулята для успешной передачи вируса. Это может быть большим препятствием на пути эволюционирования эболавирусов к возможности передачи воздушно-капельным путем, так как в капельке содержится, как правило, недостаточно много вирусов.