Эволюционная патология (fb2)


Настройки текста:



М. В. Супотницкий ЭВОЛЮЦИОННАЯ ПАТОЛОГИЯ К вопросу о месте ВИЧ-инфекции и ВИЧ/СПИД-пандемии среди других инфекционных, эпидемических и пандемических процессов

ВВЕДЕНИЕ

Современная эпидемиология изобилует мифами и «белыми пятнами». Четверть века борьбы с пандемией ВИЧ/СПИДа и миллиарды затраченных на нее долларов привели к весьма парадоксальному результату. С одной стороны, мы очень серьезно расширили свои представления о мире микроорганизмов и о самих себе. Но с другой — нам так и не удалось остановить рост ВИЧ-инфицированности населения планеты, даже хотя бы на примере одной страны. Причем сама констатация такого факта общеизвестна, однако она почему-то не приводит к осмыслению причин, лежащих в основе наших неудач в борьбе с пандемией. Соответственно, не меняются и подходы к борьбе с ней. Господствующее положение в представлениях о происхождении ВИЧ попрежнему, как и 25 лет назад, занимает зоонозная гипотеза случайного инфицирования человечества ВИЧ от оставшейся неизвестной обезьяны. Сколько лет эта гипотеза существует, столько же лет известны факты, ей противоречащие. Сама пандемия рассматривается учеными только как медицинская проблема — появился новый вирус, вот он и распространяется среди людей, как это бы сделали другие «новые» вирусы «на его месте». И это при том, что геном человека наполовину состоит из структур, сходных с ВИЧ.

Вопреки реально наблюдаемому в экспериментах взаимодействию ВИЧ с иммунной системой человека, последней в наших учебниках для медицинских ВУЗов отведена роль некоего универсального фактора «самозащиты организма». Но ВИЧ не элиминируется иммунной системой. Наоборот, он активно воспроизводится ее клетками. Тем не менее на основе представлений об иммунных ответах на возбудители инфекционных болезней, сформировавшихся в начале ХХ столетия, разрабатываются ВИЧ-вакцины, которые, как выясняется почему-то только после дорогостоящих экспериментов, не предотвращают инфицирование иммунизированного населения ВИЧ, а способствуют его распространению. Казалось бы, логично остановиться и подумать, почему это происходит. Нет! После неудачи очередного эксперимента одних ученых по созданию ВИЧ-вакцины другие совершенно серьезно осуществляют новый такой же эксперимент, поменяв лишь антигенный и/или адъювантный компонент вакцинного препарата. Сам же СПИД исследователями «втиснут» в классификацию инфекционных болезней, разработанную также в начале начала ХХ столетия (!), где он «проходит» по категории «болезни наружных покровов» наравне с вирусными бородавками.

В связи с вышесказанным трудно отделаться от мысли, что в современных представлениях об эпидемических и инфекционных процессах образовался какой-то весьма глубокий «провал». В него и уходят все усилия ученых и врачей по противодействию ВИЧ/СПИД-пандемии, все выделенные на борьбу с ней средства, а заодно и миллионы человеческих жизней.

Поэтому целью данной работы является инициация дискуссии среди ученых и врачей по определению места как самого ВИЧ-инфекционного процесса, так и ВИЧ/СПИД-пандемии среди других инфекционных, эпидемических и пандемических процессов.

Монография построена следующим образом.

Первая глава посвящена роли экзогенных и эндогенных ретровирусов, транспозируемых элементов и других представителей так называемой «теневой части генома» в эволюции человека как биологического вида. ВИЧ — один из них, и рассматривать его вне указанного контекста некорректно.

Во второй главе показана роль ретровирусов и одноклеточных организмов в эволюции иммунной системы позвоночных; в эволюционном аспекте рассмотрены взаимоотношения между патогенными микроорганизмами и клетками иммунной системы, т. е. то, что мы обычно относим к инфекционным процессам.

В третьей главе на примере инфекций, вызываемых ВИЧ и вирусом натуральной оспы (ВНО), показаны принципиальные различия между инфекционными процессами, в борьбе с которыми мы достигли некоторых успехов в ХХ столетии, и теми, в отношении которых мы оказались беспомощными.

В четвертой главе показаны принципиальные отличия вызываемых ВИЧ и ВНО эпидемических и пандемических процессов (механизмы их появления, развития и прекращения). Особое внимание уделено объяснению причин, по которым невозможно использовать меры, зарекомендовавшие себя в борьбе с натуральной оспой, для контроля над ВИЧ/СПИД-пандемией.

Мой интерес к данной проблеме вызван следующим. В течение длительного периода работы в научно-исследовательских организациях Министерства обороны России мне приходилось участвовать в подготовке научно-технических прогнозов. Хотя непосредственно ВИЧ не находился в сфере наших интересов, но исследования, имеющие к нему отношение, мы рассматривали как «опережающие» в аспекте появления новых подходов и средств в борьбе с другими возбудителями опасных инфекционных болезней, и вот почему. Исследования по ВИЧ имеют неограниченное финансирование, ими занимаются ведущие научные корпорации, к ним привлекаются ученые с мировым именем. Кроме того, их результаты активно патентуются из-за отчаянной конкуренции на рынке средств лечения, профилактики и диагностики ретровирусных инфекций, немыслимой для других сфер биотехнологий. Следовательно, здесь невозможно и нет смысла что-то прятать или что-то скрывать в расчете на то, что удастся долго сохранить свое «ноу-хау». Этой ситуацией мы активно пользовались для отслеживания будущих тенденций в области конструирования средств специфической профилактики других опасных инфекционных болезней, выявления пределов развития отдельных технологий и тупиковых направлений исследований в данной области. Подготовленные на основании таких исследований среднесрочные прогнозы обычно подтверждались дальнейшим ходом событий. Например, невозможность создания ВИЧ-вакцины нам стала очевидной еще в 1992 г. только на основе анализа патентной активности и объема патентных притязаний фирм — разработчиков вакцин. Частично эти результаты опубликованы в 1997 г. в журнале «Биотехнология». Исследуя в течение почти двух десятилетий информацию по ключевым достижениям в борьбе с ВИЧ/СПИД-пандемией, пусть даже в таком утилитарном аспекте, какой я указал выше, невозможно остаться в стороне от самой проблемы. Как оказалось, она уходит корнями в фундаментальные основы существования жизни — трудно придумать более интересную задачу для ученого; именно это и побудило меня написать представляемую вашему вниманию монографию.

В ее основу положена статья «К вопросу о месте ВИЧ/СПИД-пандемии среди других инфекционных, эпидемических и пандемических процессов», опубликованная в 2006 г. в журнале «Эпидемия ВИЧ/СПИД в Украине» (№ 2, С. 163–196).

Я искренне признателен академику РАМН П. Н. Бургасову и профессору Б. М. Медникову за тот интерес, который они проявили к моей первой книге по данной проблеме («Микроорганизмы, токсины и эпидемии», 2000). Их поддержка тогда значила для меня очень много. К сожалению, этих ученых уже нет с нами.

Я искренне признателен главному редактору журнала «Энвайронментальная эпидемиология», доктору географических наук Д. В. Николаенко, за постоянно предоставляемую мне возможность излагать свои взгляды на причины, лежащие в основе наших неудач в борьбе с пандемией ВИЧ/СПИДа на страницах издаваемого им журнала.

У меня нет «конфликта интересов» с другими учеными, данная работа не оплачивалась никакими фондами или грантами, я никогда не работал в организациях, имеющих коммерческие интересы в какой либо сфере медицинского сервиса.

Монография рассчитана на широкий круг читателей. Особенно полезной она будет для исследователей, интересующихся фундаментальными проблемами патогенеза и эпидемиологии новых инфекционных болезней, для студентов старших курсов биологических и медицинских факультетов ВУЗов, желающих расширить свой кругозор за пределы учебников, для врачей инфекционистов и эпидемиологов, столкнувшихся с непонятной инфекционной патологией.

Критические замечания и пожелания можно направлять в адрес издательства «Вузовская книга» или по электронной почте непосредственно автору (msupotnickij@yandex.ru).

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АНГЛИЙСКИЕ

А (adenine) — аденин

ADAR (adenosine deaminase) — аденозиндеаминаза

ADE (antibody-dependent enhancement; immune enhancement of disease) — феномен антителозависимого усиления инфекции

AGM (african green monkeys) — африканские зеленые обезьяны

AP-1 (activated protein-1) — активированный белок-1

AREs (adenine and uracil rich elements) — аденин-урацилобогащенные элементы

ARH (autosomal recessive hypercholesterolemia) — аутосомальная рецессивная гиперхолестеролемия

BTK (Bruton's tyrosine kinase) — брайтоновская тирозинкиназа

С (cytosine) — цитозин

CDKN1A (cyclin-dependent kinase inhibitor 1A) — циклинзависимый ингибитор киназы 1А

DC-SIGN (dendritic cell-specific intracellular adhesion molecule 3-grabbing nonintegrin) — внутриклеточная адгезионная молекула 3-захватывающего неинтегрина, специфического к дендритным клеткам

C4B (сomplement component 4B) — компонент комплемента 4В

dN/dS (rate of nonsynonymous to synonymous substitutions per site) — соотношение несинонимических замен (dN) к синонимическим заменам (dS)

DRs (short direct repeats) — короткие терминальные повторы

dsRNA (double-stranded RNA) — двуцепочечная РНК

EGF-R (epidermal growth factor receptor) — рецептор эпидермального фактора роста

EN (endonuclease) — эндонуклеаза

Env (viral envelope glycoprotein) — вирусный оболочечный гликопротеин

ERVs (endogenous retroviruses) — эндогенные ретровирусы

FAMs (fossil Alu-monomers) — «окаменелые» Alu-мономеры

FCMD (Fukuyama-type congenital muscular dystrophy) — врожденная мышечная дистрофия Фукуяма-типа

FcR (Fc receptor) — Fc-рецептор

FL (full-length) — полноразмерный (например, транспозон)

G (guanine) — гуанин

GALV (Gibbon are leukemia virus) — вирус лейкемии гиббонов

GlyCAMI (glycosylation-dependent cell adhesion molecule I) — молекула клеточной адгезии, зависящая от гликозилирования I

GM-CSF (granulocyte — macrophage colony stimulating factor) — гранулоцитмакрофаг колониестимулирущий фактор

GPCR (guanosine nucleotide-protein-coupled receptor) — гуанозиннуклеотидбелок-соединяющий рецептор

GR (glucocorticoid receptor) — глюкокортикоидный рецептор

G6PD (glucose 6-phosphate dehydrogenase) — глюкоза-6-фосфатдегидрогеназа

Н, НA (hemagglutinin) гемагглютинин (вируса гриппа)

HA (hyaluronic acid) — гиалуроновая кислота

HAART (highly active antiretroviral therapy) — высокоактивная антиретровирусная терапия

HCK (hematopoietic cell kinase) — гематопоэтическая клеточная киназа

HSPA1A (heat shock protein 1A) — белок теплового шока 1А

IFNгамма (interferon gamma) — интерферон гамма

IFNгаммаR1 (interferon gamma receptor 1) — рецептор гамма-интерферона 1

IL (interleukin) — интерлейкин

IL-1Ra (interleukin-1 receptor antagonist) — антагонист рецептора интерлейкина-1

iNOS (inducible nitric oxide synthase) — индуцибельная СО-синтаза

IRF (immune restoration phenomenon) — синдром восстановления иммунитета

ITRs (inverted terminal repeats) — инвертированные терминальные повторы

KS (Kindler syndrome) — синдрома Киндлера

LINE (long-terminal interspersed element) — длинный терминальный вставочный повтор

LLAPs (Legionella-like amoebal pathogens) — легионеллоподобные амебные патогены

LTA (lymphotoxin a) — лимфотоксин a

LTR (long terminal repeat) — длинный концевой повтор

MAPKK (mitogen-activated protein kinase kinase) — митогенактивированный белок киназы киназы

MBL (mannose binding lectin) — лектин, связывающий маннозу

MBP (mannose binding protein) — протеин, связывающий маннозу

MHC (major histocompatibility complex) — главный комплекс гистосовместимости

MR (mannose receptor) — маннозный рецептор

MTO (mitochondrial translation optimization gene homolog) — генный гомолог оптимизации митохондриальной трансляции

N, NA (neuraminidase) — нейраминидаза (вируса гриппа)

NEF, nef (negative regulatory factor) — негативно регулирующий фактор[1]

NEN (neutralization escape mutants) — мутанты ВИЧ, избегающие нейтрализации антителами

NWMs (New World monkeys) — приматы Нового Света

OAS (original antigenic sin) — первичный антигенный грех

ORF, Orf (open reading frame) — открытая рамка считывания

OWMs (Old World monkeys) — приматы Старого Света

PBS (primer binding site) — праймерсвязывающий сайт

PDI (protein disulfide isomerase) — протеиндисульфидизомераза

Pfu (plaque-forming-unit) — бляшкоформирующая единица

PKP (plakophilin) — плакофиллин

Pol II (RNA polymerase II) — РНК полимеразы II типа

PPT (polypurine tract) — полипуриновый тракт РНК

PS (phosphatidylserine) — фосфатидилсерин

PSGLI (P-selectin glycoprotein ligand-1) — Р-селектин гликопротеин лиганд-1

Pyk2 (proline-rich tyrosine kinase-2) — пролинобогащенная тирозинкиназа-2

QA (quinolinic acid) — квинолиновая кислота

REV, rev (regulator of expression of virus proteins) — регулятор экспрессии вирусных белков

RPE2-1 (ribulose-5-phosphate-3-epimerase transcript variant 2) — вариант 2 транскриптарибулозо-5-фосфата-3-эпимеразы

RT (reverse transcriptase) — обратная транскриптаза

SA (splice acceptor) — сайт акцептора сплайсинга

SAGs (superantigens) — суперантигены

SAPK (stress-activated protein kinase) — стресс-активированная протеинкиназа

SD (splice donor) — сайт донора сплайсинга

SINE (short interspersed element) — короткий вставочный элемент

SLE (systemic lupus erythematosus) — системный волчаночный эритематоз

Sp1 (specificity protein-1) — специфичный белок-1

SPICE (smallpox inhibitor of complement enzymes) — ингибитор ферментов комплемента ВНО

SPTA1 (a-spectrin gene) — ген a-спектрина 1

SS (Sjцgren's syndrome) — синдром Шегрена

STAT (signal transducer and activator of transcription) — сигнальный преобразователь и активатор транскрипции

T (thymine) — тимин

TAP (transporter associated with antigen processing) — транспортер, ассоциированный с антигенным процессингом

TAT, tat (transactivator of transcription) — трансактиватор транскрипции

TEs (transposable elements) — транспозабельные элементы

TLR (Toll-like receptor) — Toll-подобный рецептор

TNF (tumor necrosis factor) — фактор некроза опухолей

TRAIL (TNF-related apoptosis-inducing ligand) — TNF-связанный апоптоз-индуцирующий лиганд

UTR (untranslated region) — нетранслируемый регион

VDR (vitamin D receptor) — рецептор витамина D

VIF, vif (virion infectivity factor) — фактор инфекционности вириона

ЛАТИНСКИЕ

Aa (Aedes aegypti) — комар, разносчик возбудителя желтой лихорадки

Ag (Anopheles gambiae) — комар, разносчик возбудителя малярии

ALV (Avian leukemia viruses) — вирус птичьей лейкемии

BCG (Bacillus Calmette — Guerin) — бацилла Кальметта — Гирена

Ce (Caenorhabditis elegans) — свободноживущая нематода (круглый червь)

Dm (Drosophila melanogaster) — чернобрюхая дрозофила) — двукрылое насекомое, вид плодовой мухи (Drosophilidae) из рода дрозофил

EBV (Epstein — Barr virus) — вирус Эпштейна — Барра

Eh (Entamoeba histolytica) — син. амеба дизентерийная; вид амеб семейства

Endamoebidae, паразитирующих в кишечнике человека

Ei (Entamoeba invadens) — паразитическая амеба, специфичная для пойкилотермных животных, в большей степени для змей

EV (Ectromelia virus) — вирус эктромелии мышей

FeLV (Feline leukemia virus) — вирус кошачьей лейкемии

HBV (Hepatitis В virus) — вирус гепатита В

HСV (Hepatitis С virus) — вирус гепатита С

HERVs (Human endogenous retroviruses) — эндогенные ретровирусы человека

HHV (Human herpesvirus) — герпесвирус человека

Hs (Homo sapiens) — человек разумный

НТLV (Human T-cell leukemia virus) — вирус Т-клеточной лейкемии человека in vitro — «в стекле», т. е. в пробирке

in vivo — на живом организме

MLV (Murine leukemia viruses) — вирус мышиной лейкемии

Mm (Mus. musculus) — мышь домовая — вид грызунов рода домовых мышей

MMTV (Mouse mammary tumor virus) — вирус рака молочной железы мышей

Os (Oryza sativa) — рис посевной

per se — сам(а) (само, сами) по себе, в чистом виде

Pf (Plasmodium falciparum) — малярийный плазмодий, возбудитель тропической малярии

Sc (Saccharomyces cerevisiae) — пивоваренные дрожжи

SIV (Simian immunodeficiency virus) — вирус иммунодефицита обезьян

Sp (Schizosaccharomyces pombe) — гаплоидные аскомицетовые дрожжи

sp. (species) — вид

TIR (terminal inverted repeat) — терминальный инвертированный повтор

Tv (Trichomonas vaginalis) — влагалищная трихомонада, возбудитель трихомониаза

VACV (Vaccinia virus) — вирус вакцины

vice versa — наоборот

РУССКИЕ

ВИЧ — вирус иммунодефицита человека (в тех случаях, когда это специально не оговорено, ВИЧ-1)

ВНО — вирус натуральной оспы

ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота

ЖКТ — желудочно-кишечный тракт

кб — килобазы

кДa — килодальтон

КРС — крупный рогатый скот

ЛПС — липополисахарид

мк — микрон

м. п. о. — миллион пар оснований

нм — нанометр

нт. — нуклеотид

пкг/мл — пикограммов в одном миллилитре

п. о. — пара оснований

РАМН — Российская академия медицинских наук

РНК — рибонуклеиновая кислота

СВИ — синдром восстановления иммунитета

СКС — социокультурная система

СПИД — синдром приобретенного иммунодефицита

т. п. о. — тысяча пар оснований

ГЛАВА 1 ПАРАЗИТЫ И СИМБИОНТЫ ГЕНОМА ЧЕЛОВЕКА

Основным препятствием, мешающим формированию адекватных представлений об опасности ВИЧ/СПИД-пандемии, является недостаточное внимание исследователей к тем эволюционным процессам, в которых главную роль сыграли транспозируемые элементы (ДНК-транспозоны, ретроэлементы) и другие представители так называемой «теневой части генома» (ретротранскрипты, ретропсевдогены, большие дупликации, микросателлиты и пр.).

1.1. Проретроэлементы и проретровирусы

Проретроэлементы. Интроны и экзоны. Проретровирусы. Ретровирусная эволюция


Ретроэлементы (ретротранспозируемые элементы генома) составляют почти половину генома человека, что не может быть ни случайностью, ни рудиментом генетических структур прошлого.

Проретроэлементы. По мнению многих ученых (см. обзорные работы Стила Э. с соавт., 2002; Гладилина К.Л. и Суворова А.Н., 1995), первой молекулой, способной к репликации, был полимер РНК. Репликация осуществлялась за счет каталитической активности самой РНК (рибозимы) с большим количеством ошибок. В результате древний мир РНК представлял собой «эволюционирующий хаос», в котором выживали наиболее приспособленные репликаторы (Стил Э. с соавт., 2002). Однако этот процесс можно считать одним из первых гиперциклов по Эйгену, когда составляющие его химические реакции ведут себя подобно «дарвиновским видам», т. е. обладают способностью «отбираться» и, соответственно, эволюционировать в сторону увеличения сложности организации.

РНК как носитель генетической информации имеет пределы в сложности организации. К тому же она неустойчива в агрессивной химической среде. С момента появления самореплицирующихся молекул параллельно шел процесс отбора их более стабильных форм из числа молекул ДНК, образовывавшихся случайно посредством примитивной обратной транскрипции. Роль обратных транскриптаз играли сами молекулы РНК. А так как их активность неспецифична, копии ДНК делались и с других молекул РНК. Так формировались устойчивые полимерные агломераты — предтечи будущих хромосом. Обладая выраженной полярностью и значительным электрическим зарядом за счет поляризованных фосфатных групп, крупные молекулы ДНК в слабосолевых растворах формировали вокруг себя упорядоченные двуслойные оболочки из амфипатических органических соединений — деструктивное влияние внешней среды на новые макромолекулярные структуры снижалось. Естественный отбор сохранял только наиболее прочные из них. Для удержания оболочки такой протоклетке требовалось увеличить электрический заряд ДНК, что самым простым способом можно было достичь наращивая ее массу. Преимущества в этом процессе получили молекулы РНК протяженностью до 300 п. о., ДНК-копии которых были способны образовывать устойчивые структуры за счет водородных связей и гидрофобных взаимодействий — они и стали первыми ретротранспозонами. Теперь сложность протоклеточных структур достигла того уровня, начиная с которого склонность к вырождению «перестала быть всеобщей» (см. работу Дж. Фон Неймана, 1960).


Интроны и экзоны. Проретротранспозоны сыграли основную роль в усложнении генома клетки путем формирования его интрон-экзонной организации. Первыми интронами были массивы повторяющихся последовательностей ДНК, выполняющие функцию электростатического удержания поляризованных «хвостов» амфипатических молекул оболочки протоклетки. Экзоны же формировались путем случайных мутаций проретротранспозонов во время всех процессов матричного копирования их РНК (транскрипции, трансляции и обратной транскрипции) из участков РНК, обладающих каталитической активностью. Увеличение количества и протяженности таких структур способствовало увеличению скорости неэнзиматической трансляции простых пептидов, предназначенных в первую очередь для поддержания конформации самих РНК и примитивной регуляции процессов матричного копирования. Первые пептиды были термостабильны и гидрофобны, в слабосолевых растворах приобретали положительный заряд. Благодаря этим свойствам они обладали выраженной способностью связываться с нуклеиновыми кислотами и агрегировали между собой, формируя упорядоченные структуры протоклеток.

В последующем они послужили исходным материалом для эволюции:

1) гистоновыхи прионовыхбелков;

2) белков, входящих в состав рибонуклеопротеидов эукариот;

3) нуклеотидных и матриксных белков вирусов;

4) белков, которые мы сегодня знаем под названием шапероны, т. е. способных поддерживать трехмерную структуру других сложных белков. Естественный отбор закреплял новые признаки и новые биохимические процессы за протовидом. По мнению С. Пашутина (2006), процесс формирования РНК, способной связываться со «своей» аминокислотой (сегодня они известны как транспортные РНК; тРНК), послужил толчком к созданию примитивной системы кодирования информации об отдельных пептидах и белках и их транскрипции и трансляции в протоклетках. В ходе эволюции белкам, в силу более совершенной пространственной конфигурации, удалось перехватить каталитические функции у РНК. Результатом такого «перехвата» стало формирование генов ферментов, обладающих активностями:

1) ДНК-полимеразы (синтезирует одноцепочечную ДНК, комплементарную РНК);

2) рибонуклеазы (расщепляет исходную РНК);

3) интегразы (осуществляет процесс интеграции ДНК, синтезированной на матрице РНК, с уже существующей в протоклетке ДНК).

Три этих гена сыграли основную роль в переходе протоклеток от царства РНК к царству ДНК. Естественный отбор «подхватил» ген, кодирующий мультидоменный белок, проявляющий все три активности и известный нам с 1970 г. под названием «обратная транскриптаза». Сам процесс усложнения протоклеток в клетки, способные формировать уже многоклеточные организмы, занял не менее 3 млрд лет. «Разрастание» в архее ДНК-генома клеток за счет ретроэлементов послужило толчком к эволюции многоклеточных организмов (см. подглаву 2.3). На этом этапе их эволюции появились ретровирусы.

Проретровирусы. Своим появлением они обязаны накоплению у проретротранспозонов последовательностей нуклеотидов, кодирующих белки, входящие в оболочки протоклеток, и выполняющие функции порообразования и слияния. Кодируемые такими генами белки за счет гидрофобных взаимодействий формировали конгломераты с нуклеиновыми кислотами, которые могли сливаться с наружной мембраной протоклетки, образуя в ней «выпячивания» в другую протоклеточную полость, и перемещаться из одного компартмента протоклетки в другой. Тем самым организация протоклетки усложнялась, она становилась менее подверженной воздействиям извне. Структуры, способные переносить нуклеиновые кислоты между протоклеточными образованиями и воспроизводящиеся посредством примитивной обратной транскрипции, и были проретровирусами. На этом этапе эволюции клеточной жизни их еще можно рассматривать в качестве симбионтов протоклеток. Такие клетки сегодня называют синтициальными — это большие многоядерные протопласты, окруженные периплазматической мембраной. Механизм передачи ретровирусов, характерный для протоклеточных образований, давление естественного отбора сохранило по сей день. Ретровирусы могут перемещаться между клетками по филоподиям — длинным тонким короткоживущим «выпячиваниям», отходящим от фагоцитирующих клеток.

Сами же белково-нуклеиновые образования, осуществлявщие процесс перемещения нуклеиновых кислот между поляризованными оболочками протоклеток, и упорядочивавшие такие структуры шапероны, были закреплены естественным отбором тогда, когда в их составе оказался некий минимум РНК-генов. Среди них ген, кодирующий белок оболочки такого белково-нуклеинового образования (env), участвующий в порообразовании и слиянии клеток (прототип генов gp120 и gp41 ретровирусов) и обеспечивающий перемещение «конгломерата» между структурами протоклетки; рибозим, обладающий обратной транскриптазной активностью (прототип гена pol ретровирусов), синтезирующий массивы ДНК по матрице РНК; и прототип гена gag ретровирусов, кодировавший термостабильные и гидрофобные пептиды, предназначенные для поддержания конформации РНК проретроэлементов. Последние сегодня известны как белки группоспецифического антигена ретровирусов и прионовые белки эукариотических клеток (см. подглаву 1.3). Эти три гена фланкировали некодирующие последовательности РНК — прототипы длинных концевых повторов (long terminal repeats, LTR) ретровирусов, собственно и являющиеся той РНК-матрицей для синтеза ДНК, для перемещения которой между протоклеточными структурами естественным отбором поддерживались проретровирусы. Некодирующие последовательности РНК были достаточно большими, чтобы многократно транскрибированные с них ДНК могли электростатически удерживать оболочку, достаточно мощную, чтобы вся структура могла автономизироваться в протоклетку. (Химическую сторону эволюции жизни в этой работе мы не рассматриваем. О ней более подробно можно прочитать в монографии А. В. Яблокова и А. Г. Юсуфова (1998) и в статье С. Пашутина (2006).)

Отдельные протоклеточные конгломераты приобрели селективные преимущества перед другими. Давление естественного отбора установило свои правила и ограничения для их размеров, структуры и функции. Естественный отбор дал преимущества проторетровирусам, включающим две и более цепей РНК, тем самым увеличивая стабильность передаваемой между клетками информации. Впоследствии такая система поддержания целостности генетической информации закрепилась у организмов, размножающихся половым путем, и стала еще более консервативной, исключив любые этапы, на которых могло иметь место копирование РНК для сохранения наследственной информации в последующих поколениях. Так функцию носителя генетической информации природа закрепила за двунитевой ДНК.

После вытеснения протоклеточных структур клетками, способными к автономной репликации, часть из них либо исчезла, либо вошла в состав этих клеток на правах органел-симбионтов (митохондрии, пластиды и др.). Естественный отбор «избавил» проретровирусы от крупных нуклеотидных последовательностей, уже не дававших им селективных преимуществ в самостоятельно реплицирующихся клетках. Но он же закрепил за ними последовательности, облегчающие им интеграцию в геном клеток; и гены, кодирующие белки, позволяющие отдельным ретроэлементам использовать ресурсы клеток для своего размножения и существования как биологического семейства. Теперь их роль в живой природе усложнилась. Если смотреть с точки зрения их взаимоотношения с отдельной клеткой, то они были для нее уже не симбионтами, а паразитами, так как размножались в цитоплазме клетки и за счет ее ресурсов, т. е. ретровирусами.

Двойственность отношений ретровирусов и клеток сохранилась. Ретровирусы поддерживаются в клетке и как эндосимбионты, и как паразиты (см. подглаву 2.2 «Ретровирусы»). А так как они обладают способностью увеличивать размер генома и вызывать в нем перестройки генетического материала, то в общебиологическом смысле они стали играть роль одного из самостоятельных факторов эволюции (см. «Ретровирусная эволюция»). Проретроэлементы сохранились в геноме эукариотической клетки в виде повторяющихся последовательностей на концах интегрирующихся с ним ДНК-копий ретроэлементов, образовавшихся в результате обратной транскрипции (инвертированные и прямые концевые повторы). Либо это дисперсно распределенные по геному повторяющиеся последовательности ДНК размером от сотен до тысяч нуклеотидов (составляют около 20 % геномной ДНК), иногда называемые «эгоистичной ДНК».

Для ретровирусов естественный отбор сохранил только две цепи РНК, являющиеся производными от одного родительского провируса. Диплоидность ретровирусов дала им существенные преимущества перед другими внутриклеточными паразитами и эндосимбионтами с РНК-геномом, так как легко возникающие мутации не создают однозначных преимуществ их обладателям. Но рекомбинация между РНК-геномами двух высокоадаптированных ретровирусов позволяет им в изменяющихся условиях среды обитания совершать «эволюционно широкие прыжки». Внешне поведение ретровирусов (в нашем восприятии!) — расширение ареала собственного существования — мало отличается от поведения других паразитов и эндосимбионтов (простейших, бактерий, микоплазм, вирусов других семейств), за исключением того, что нам почти ничего не известно об этих феноменах применительно к геному клетки. Да и существовать миллиарды лет им пришлось среди свободно живущих одноклеточных эукариотических организмов, конкурируя с другими их паразитами и эндосимбионтами (см. подглаву 2.1).

Ретровирусная эволюция. Закрепление естественным отбором механизмов наращивания и усложнения генома клетки, в которых участвуют ретровирусы и ретроэлементы, привело к созданию эволюционного механизма, работающего антиэнтропийно. Дело тут в следующем. Клетка в условиях постоянства окружающей среды может достичь равновесного состояния, когда процессы самоорганизации не будут поддерживаться извне, т. е. давлением естественного отбора. Естественный отбор, в свою очередь, не может выбирать «из ничего», и эволюционный процесс прекращается. Но к летка, как элементарная живая система, способная к обмену веществ с окружающей средой и к самовоспроизведению, получает энергию из окружающей среды. За счет этой энергии (в числе прочих биохимических процессов) происходят репликация, пролиферация, ретротранспозиция, дупликация генетического материала, причем сами эти процессы уже не зависят непосредственно от окружающей среды. Наращивание и усложнение генома вида ретроэлементами приводит к формированию новых генетических структур, которые в понимании дарвинистов могут быть закреплены естественным отбором, если они кодируют адаптивные признаки. Однако те же самые процессы могут дать виду признаки, на протяжении геологических эпох не создающие ему никаких преимуществ перед конкурирующими видами (неадаптивные признаки). А заодно они позволят антидарвинистам вновь поставить «ребром» вопрос о ненаучности учения Чарльза Дарвина. К тому же такое краеугольное понятие эволюционной теории, как «естественный отбор», довольно абстрактное. Его не всегда можно зафиксировать, так как оно отделено от времени, в течение которого этот «отбор» происходит. Ретроэлементы же познаваемы в эксперименте. Поэтому процесс образования новых генетических структур за счет активности ретроэлементов я предлагаю назвать ретровирусной эволюцией.

От нейтральной эволюции она отличается тем, что в ее основе лежат совершенно иные механизмы. Во-первых , мутации носят характер не отдельных точковых изменений в генах, а проявляются увеличением сложности генетических структур за счет транслокаций и тандемных дупликаций генетического материала клетки, экзонизации интронов и кластерной организации генов. Фенотипически этот процесс наращивания сложности генома проявляется увеличением у особи (вида) отдельных повторяющихся молекулярных (V 2- C 2- и V 1- C 1-комбинации доменов иммуноглобулиновых белков), надмолекулярных (структура гемоглобина и ряда бактериальных токсинов) и анатомических структур (увеличение количества члеников у членистоногих, позвонков у хордовых и др.). Во-вторых , в отличие от нейтральной эволюции, этот процесс не идет с постоянной скоростью не только у разных видов, но даже у особей одного и того же вида. Скорость ретровирусной эволюции зависит от инфицированности вида (особи) ретровирусами, частоты их эндогенизации, характера взаимодействия с эндогеннымии ретровирусами и ретроэлементами, «заполненности» генома ретровирусами и ретроэлементами, их «возраста» и от других подобных факторов. В третьих , ретровирусная эволюция, в отличие от нейтральной, ведет к «взрывному» появлению множества короткоживущих (в геологических эпохах, разумеется) неадаптивных видов. Продолжительность их существования зависит как от процессов, в которых участвуют ретровирусы и ретроэлементы (т. е. они сами могут оказаться факторами естественного отбора), так и от действия факторов внешней среды (экзогенных факторов эволюции), иначе говоря, естественного отбора в дарвиновском его понимании (см. подглаву 2.3). Ниже мы рассмотрим результат эволюции самих ретроэлементов на примере генома современного вида Homo sapiens.

%%%

Экзогенные ретровирусы и эндогенные ретроэлементы генома (ретротранспозируемые элементы) первичны по отношению к одно- и многоклеточным организмам и фактически бессмертны. Вызываемые ими эволюционные процессы (я предлагаю назвать их ретровирусной эволюцией) происходят вне нашего ощущения времени и вне зависимости от продолжительности существования отдельных видов живых существ, всегда являющихся для ретротранспозируемых элементов промежуточными хозяевами. Давление естественного отбора закрепило за эндогенными ретроэлементами функцию постепенного наращивания генома вида-хозяина путем образования новых собственных копий; его усложнения путем образования новых экзонов из интронов и/или увеличения количества генов, подвергающихся альтернативному сплайсингу. Они придают виду способность к многовариантности эволюционных ответов на изменения в окружающей среде. Благодаря избыточности создаваемого эндогенными ретроэлементами генетического материала, под давлением естественного отбора происходит усложнение вида (анагенез) и/или его «расщепление» на дочерние виды (кладогенез). Исходные виды, ставшие в изменившихся условиях среды неадаптивными, вымирают. Роль же экзогенных ретровирусов в эволюции жизни заключается: 1) в осуществлении генетического обмена между видами; 2) в наращивании и усложнении генома той части инфицированного вида, у которой оказалась возможной их эндогенизация; 3) в терминации существования неспособных к эволюции видов. К последним относятся вид или какая-то его часть, у которых эндогенизации экзогенных ретровирусов не произошло. Эти процессы не имеют никакой «конечной цели».

1.2. Ретроэлементы генома современного вида Homo sapiens

Классификация транспозируемых ретроэлементов. Не-LTR-ретроэлементы. LTR-ретроэлементы. Эволюционная роль HERV-K. Эволюционная роль L1-ретроэлементов. Эволюционная роль Alu-элементов. Эволюционная роль ретропсевдогенов. Прекращение инвазии транспозируемых элементов.


Геном — полная генетическая система клетки, определяющая характер онтогенетического развития организма и наследственную передачу в ряду поколений всех его структурных и функциональных признаков. Суммарные данные о содержании разных видов последовательностей в геноме человека приведены в табл. 1.

Таблица 1. Нуклеотидные последовательности, входящие в состав генома человека[2]

Тип последовательности | Содержание, %

Экзоны генов | 1

Интроны генов | 25

Транспозируемые элементы | 45

Большие дупликации | 5

Простые повторы (микросателлиты)[3] | 3

Другие межгенные последовательности | 20


Классификация транспозируемых элементов. Почти половину генома человека составляют различные транспозируемые элементы (transposable elements, TEs). Они делятся на два основных класса: ДНК транспозоны (DNA transposones) и ретроэлементы (retroelements). Классификация транспозируемых элементов, их процентное содержание и приблизительное количество показаны на рис. 1.

Рис. 1. Классификация транспозируемых элементов генома человека

А. Общая классификация транспозируемых элементов человека по N. Bannert и R. Kurth (2004).Б. Классификация ретроэлементов по N. de Parseval и T. Heidmann (2005). Короткие прямые повторы фланкируют все ретроэлементы, интегрировавшиеся с геномом хозяина через транспозицию. ORF — открытая рамка считывания. VL30, ETN — повторяющиеся LTR-элементы, найденные у мышей. MaLR — LTR-ретротранспозон, обнаруженный у млекопитающих.


ДНК-транспозоны млекопитающих структурно сходны с бактериальными транспозонами. Подобно другим транспозируемым элементам (см. ниже), ДНК-транспозоны изменяют эволюционную траекторию своего хозяина благодаря следующим механизмам: 1) через изменение функции генов путем вставок генов, регуляторных элементов, «перетасовок» экзонов и интронов; 2) через индукцию хромосомных перестановок; 3) как источники кодирующей и не кодирующей ДНК, которая позволяет появляться различным генетическим новинкам, таким как новые гены и регуляторные последовательности (Feschotte C., Pritham E., 2007).

ДНК-транспозоны реплицируются без РНК-производного и теоретически способны перемещаться по геному по типу «разрезал и встроился» («cut and paste») через использование фермента транспозазы (transposase). Они фланкированы посредством инвертированных терминальных повторов (inverted terminal repeats, ITRs) и имеют одну открытую рамку считывания (open reading frame, ORF), которая кодирует фермент транспозазу. ДНК-транспозоны фланкированы через короткие прямые повторы (short direct repeats, DRs), «приобретенные» в ходе интеграционных процессов; не образуют вирусных частиц и не могут покинуть клетку.


Эволюционная история ДНК-транспозонов приматов закончилась еще до «расщепления» приматов на виды Старого и Нового Света. J. K. Pace II. и С. Feschotte (2007) исследовали не менее 40 семейств ДНК-транспозонов человека, включающих до 98 тыс. таких элементов, и установили высокую активность ДНК-транспозонов в эволюции млекопитающих и, в частности ранних приматов. Но перед радиацией приматов на предков видов-антропоидов (anthropoid primate ancestor), их транспозиционная активность прекратилась. Исследователи не обнаружили ДНК-транспозоны «моложе» 37 млн лет. Поэтому такие транспозируемые элементы считаются ими своего рода «окаменелостями» генома приматов (рис. 2).

Рис. 2. ДНК-транспозоны в эволюции эукариотов

А. Структура наиболее распространенного среди млекопитающих ДНК-транспозона (по Ostertag E. M., Kazazian H., 2001). Б. Суммарная активность ДНК-транспозонов в эволюции приматов. Столбики внизу рисунка соответствуют количеству ДНК-элементов, активных на отдельных этапах эволюции приматов (разбиты на суперсемейства). ДНК-транспозонов, активных после появления обезьян Нового Света, в геноме человека не обнаружено. HAT, piggyBac и Ес1/mariner — семейства ДНК-транспозонов, обнаруженные в геноме человека (по Pace II J. K., Feschotte C., 2007). В. Процентное соотношение ДНК-транспозонов и ретротранспозонов относительно общего количества транспозируемых элементов у эукариотических видов. Сокращения: Sc (Saccharomyces cerevisiae); Sp (Schizosaccharomyces pombe); Hs (Homo sapiens); Mm (Mus musculus); Os (Oryza sativa); Ce (Caenorhabditis elegans); Dm (Drosophila melanogaster); Ag (Anopheles gambiae, малярийный комар); Aa Aedes aegypti, комар, разносчик возбудителя желтой лихорадки); Eh (Entamoeba histolytica); Ei (Entamoeba invadens); Tv (Trichomonas vaginalis). (Feschotte C., Pritham E., 2007).


Млекопитающие сосуществовали с рептилиями еще в Триасе (230–190 млн лет назад), но лишь как дополнение к многообразию последних на планете. Основная масса ДНК-транспозонов (85 %; примерно 291 тыс. элементов) распространились среди млекопитающих в Меловом периоде (135-66 млн лет назад), когда происходило вымирание рептилий. «Расцвет» млекопитающих пришелся на Палеоген (66–25 млн лет назад). До 29 семейств (74 тыс. элементов) были активны у приматов перед их «расщеплением» на антропоидов, и 11 семейств (23 тыс. элементов) интегрировались с геномом антропоидов. Следовательно, в ходе эволюции приматов наблюдалось устойчивое снижение активности ДНК-транспозонов, но почему это произошло, еще предстоит установить. Более подробно о роли ДНК-транспозонов в эволюции эукариотов можно прочитать в работе C. Feschotte, E. Pritham (2007).

Ретротранспозоны. В противоположность ДНК транспозонам, они кодируют обратную транскриптазу (reverse transcriptase, RT) и перемещаются по геному через образование РНК-транскрипта. Образовавшийся транскрипт транскрибируется «обратно» в ДНК-транскрипт и встраивается в хромосому клетки. При перемещении ретротранспозонов соблюдается принцип — «копировался и вставился» («copy and paste»), как в «доброе старое время» протоклеточных образований. Ретроэлементы составляют 90 % всех транспозируемых элементов генома человека, большинство из них не активны, однако некоторые из них остались способными к ретротранспозиции.

По этим данным получается, что структуры, подобные ВИЧ, обобщенно называемые ретроэлементами, и есть геном человека. Ретротранспозируемые элементы (ретроэлементы) делят на две большие группы: способные к автономному существованию (эту их «автономность» нельзя понимать буквально, так как они зависят от ферментов репарации ДНК хозяина, необходимых для их транспозиции) и неавтономные.

Выделены два класса автономных ретроэлементов: не-LTR (non-LTR) и LTR-элементы (LTR-elements), структурно сходные с ретровирусами, но утратившие функционирующий env ген.

Длинные концевые повторы или LTR (long terminal repeats) — это прямые повторяющиеся последовательности на концах ДНК-копии генома ретровирусов, образовавшейся в результате обратной транскрипции. Каждый такой повтор состоит из трех элементов: U3-R-U5, длина которых составляет соответственно 170–1250, 10–80 и 80–100 т. п. н.; 3’-конец U5 сам содержит короткий инвертированный повтор, гомологичный последовательности на 5'-конце элемента U3, т. е. сама последовательность LTR фланкирована короткими инвертированными повторами; LTR участвуют в интеграции ДНК-копии генома ретровируса в геном клетки-хозяина, кроме того, область U3 каждого LTR несет промотор, причем промотор левого LTR участвует в транскрипции ДНК провируса, а промотор правого — последовательности ДНК клетки-хозяина вблизи сайта интеграции ретровируса. LTR фланкируют сложные элементы генома и участвуют в процессе их транспозиции (Khodosevich K. et al., 2002).

Неавтономные ретротранспозоны не кодируют белков. К ним относятся Alu — повторы (в геноме человека их более миллиона; см. «Эволюционная роль Alu-элементов»); псевдогены, образовавшиеся в результате обратной транскрипции (см. «Эволюционная роль псевдогенов»); и SVA — элементы (аббревиатура от заглавных букв SINE — R, VNTR и Alu , описаны как «композитные ретропозоны; более подробно о SVA — элементах см. в подглаве 4.3). Для своей транспозиции они нуждаются в активности автономных ретроэлементов. Например, SVA-элементы ретротранспозируются с помощью L1-транспозонов (более подробно о транспозиции неавтономных ретротранспозонов см. в работе Ostertag E. M., Kazazian H., 2001).

Не-LTR-ретроэлементы. Очень древние ретроэлементы. Широко представлены среди простейших организмов. Два представителя этого семейства ретроэлементов встречаются в геноме человека в очень больших количествах. Это короткие вставочные элементы (short interspersed elements, SINE) с преобладанием Alu- и MIR-повторов; и длинные терминальные вставочные повторы (long-terminal interspersed elements, LINE), представленные автономными L1 и L2 последовательностями (см. «Эволюционная роль L1 ретроэлементов»). SINE обычно имеют длину 100–400 п. о. и по большей части происходят от транскриптов генов тРНК, синтезированных посредством РНК-полимеразы III (pol III). SINE имеют внутренний промотор, который позволяет их транскрипцию РНК-полимеразой III. Они не имеют емкости, достаточной для поддержания генов амплификации, и их размножение в геноме человека зависит от LINE.

LTR-ретроэлементы. Составляют до 8 % генома человека. К ним относятся ретротранспозоны (retrotransposons), эндогенные ретровирусы (endogenous retroviruses, ERVs), человеческие эндогенные ретровирусы (human endogenous retroviruses, HERVs) и повторяющиеся элементы эндогенных ретровирусов человека (repeat elements with HERV origin), такие как SINE-R ретропозоны (SINE-R retroposons). Последние содержат участки последовательностей LTR HERV-K (рис. 3).

Рис. 3. Структурные особенности наиболее часто встречающихся ретроэлементов

Стрелками показаны повторяющиеся последовательности, образованные во время интеграционных процессов. Заполненные квадраты соответствуют промоторным регионам. А-последовательности показывают первоначальное полиаденилирование (original polyadenylation). Сокращения: bp — пары оснований; Orf — открытая рамка считывания; LTR — длинные концевые повторы (по Bannert N., Kurth R., 2004).


В геноме человека содержится не менее 98 тыс. ERV (Paces J. et al., 2002). Ген env ERV придает способность ретровирусу распространяться между клетками и индивидуумами. Отдельные LTR эндогенных ретровирусов и ретротранспозоны, образовавшиеся благодаря рекомбинационным процессам, в которых участвуют сами LTR-ретроэлементы, встречаются в геноме человека на один-два порядка чаще, чем эндогенные ретровирусы. Всего выделяется 6 суперсемейств LTR-ретроэлементов (табл. 2).

Таблица 2. Суперсемейства LTR-содержащих ретроэлементов[4]

Элемент | Характеристика

Класс I ERV | Сходен с типом С или гамма-ретровирусами

Класс II ERV | Сходен с типом B или бета-ретровирусами

Класс III ERV | Отдаленно связан со спума-ретровирусами

MER4 | Неавтономный, связанный с ERV

MST | Названы по общему MstII рестрикционному сайту

MLT | LTR транспозоны млекопитающих


Принимая во внимание то, что эндогенные ретровирусы классов I и II проникли в зародышевую линию примитивных приматов как инфекционные ретровирусы и в последующем подвергались взрывной амплификации и транспозиции в периоды активной эволюции приматов, другие суперсемейства, вероятно, соответствуют древним ретротранспозонам, которые амплифицировались на ранних этапах эволюции млекопитающих. Только небольшая часть «молодых» субтипов Alu и L1 non-LTR-элементов остаются активными в геноме человека (Medstrand P. et al., 2002).

В механизме «перехода» экзогенного ретровируса в эндогенный много неясного. Эндогенизации у людей известных экзогенных ретровирусов пока не зафиксировано. Вероятность таких событий для генома нашего вида нельзя исключать, так как сходные процессы обнаружены у других млекопитающих. Например, вирус рака молочной железы мышей (mouse mammary tumor virus, MMTV), вирус мышиной лейкемии (murine leukemia viruses), вирус птичьей лейкемии (avian leukemia viruses, ALV) и вирус кошачьей лейкемии (feline leukemia virus, FeLV) встречаются у своих хозяев как в эндо-, так и в экзовариантах (Medstrand P., Mager D. L.,1998). Как будет показано ниже (см. «Эволюционная роль HERV-K»), эндогенизация ретровирусов у гоминид происходит не только очень редко (в масштабах времени скорее геологических, чем отражающих продолжительность существования вида), но и в периоды каких-то важных эволюционных событий для этого семейства в целом.

Попытки таксономии эндогенных ретровирусов человека приводят ученых к замешательству. Предпочтительным приемом таких исследований является использование аминокислотной специфичности тРНК, которая гибридизуется с праймер-связывающим сайтом (primer-binding site). Например, HERV-K использует лизинспецифическую тРНК как праймер для инициации реакции обратной транскрипции. Но сегодня известно, что весьма различные ретровирусы используют этот же праймер. Кроме того, неполная информация по коротким участкам вирусов, содержащим мутации и делеции, делает их классификацию почти невозможной. К этому надо добавить лабораторные ошибки, когда отдельные ретровирусы выделяются и именуются произвольно в разных лабораториях (Bannert N., Kurth R., 2004).

Эволюционная роль HERV-K. Наиболее вероятной схемой появления в геноме человека мультикопийных семейств HERV, N. de Parseval и T. Heidmann (2005) считают следующую: экзогенные ретровирусы случайно инфицируют клетки зародышевой линии (germline cells) во время развития плода. После первичной «колонизации» генома ставшие эндогенными ретровирусы передаются вертикально. Амплификация копий «предкового» провируса осуществляется путем внутриклеточной ретротранспозиции и повторной интеграции в клетки зародышевой линии. Каждая новая колонизация таких клеток дает новое семейство или линию ERV.

Очень немногие из 30–50 идентифицированных групп эндогенных ретровирусов человека содержат открытые рамки считывания для генов трех основных структурных белков Gag, Pol и Env (см. подглаву 1.3). Все они принадлежат к молодому семейству HERV-K, которое поддерживается в геноме приматов Старого Света (Old World monkeys, OWMs), включая человекообразных обезьян и людей. Всего же, по данным pol-специфического микроанализа, среди OWM выявлено не менее 8 семейств гаммаретровирусов, 9 семейств бетаретровирусов и 5 субгрупп HERV–L элементов (Greenwood A. D. et al., 2005). Происхождение многих эндогенных ретровирусов человека уходит в глубину эволюционной истории только приматов примерно на 30–45 млн лет (см. работы Sverdlov E. D., 2000; и Hughes J. F., Coffin J. M., 2005). В действительности они должы быть намного древнее. По крайней мере, 31 семейство HERV являются потомками независимых актов инфекции экзогенными ретровирусами (Belshaw R. et al., 2005).


На рис. 4. показаны гипотетические модели дивергенции видов приматов, произошедшей в периоды «после» эпизоотий ретровирусных инфекций, имевших место 38-5 млн лет назад.

Рис. 4. Эндогенные ретровирусы в дивергенции видов приматов

А. Показано распределение эндогенных ретровирусов, интегрировавшихся с геномом передкового вида современных приматов в период от 30 до 5 млн лет назад. «Звездочками» указаны периоды ретровирусных эпизоотий, следы которых обнаруживаются в геноме современных приматов (см. табл. 3). Числа в перевернутых треугольниках показывает ориентировочное время (в млн. лет) расхождения отдельных эволюционных ветвей приматов (за основу мною взята схема Coffin J. M., 2004).Б. Эволюционная история эндогенного ретровируса семейства ERV9 на фоне эволюционного древа приматов — частный случай участия ретровирусов в дивергенции видов приматов. Экспансия ERV9 (линия А ретровируса) в геноме предковых видов современных приматов Старого Света началась 38–30 млн. лет назад. Но наиболее активно экспансия ERV9 по геному приматов осуществлялась в период их дивергенции от гиббонов на высшие виды обезьян (16 — 6 млн лет назад). Максимум транспозиционной активности семейством ERV9 достигнут 8–6 млн лет назад, затем это ретровирусное семейство «угасло» (Costas J., Naverira H., 2000).


Правда J. M. Coffin (2004), нарисовавший большую часть схемы А данного рисунка, представляет дивергенцию приматов бесхитростно, как некое прогрессивное явление, имеющее своей целью создание именно тех их видов, во главе которых сегодня как венец творения Природы стоит человек, на чем этот процесс, разумеется, заканчивается. Но так не бывает. У природы нет вечных любимчиков, маховик эволюции может ускоряться и замедляться, но вращаться он будет постоянно, пока существует жизнь.

Если придерживаться распространенной точки зрения на эндогенизацию ретровирусов как на процесс «перехода» экзогенного ретровируса, вызывающего эпидемии среди своих новых хозяев (а для наших отдаленных предков правильнее использовать термин «эпизоотии»), в эндогенный вирус-мутант, неспособный образовывать вирусные частицы и передаваться горизонтально, то надо предполагать еще и ту цену, которую заплатил отряд приматов за эту «интеграцию». Такая «эндогенизация ретровируса» неизбежно должна сопровождаться массовым вымиранием отдельных видов и даже семейств приматов. Учитывая особенности этих инфекционных процессов, «эндогенизация» в нашем восприятии времени длилась бы десятки тысяч лет (см. Супотницкий М.В., 2000; 2006). Обычно палеоантропологи теряются в догадках о причинах вымирания видов без вроде бы должных на то оснований (изменение климата, тектонические и космические катастрофы и т. п.; иных обычно они себе не представляют (см. работу Оппенгеймера С., 2004).

Оценки возраста ретровирусов делаются на основе сравнения последовательностей двух LTR и знания того, что HERV накапливают мутации со скоростью от 2.3х10 -9 до 5х10 -9 замен нуклеотидов в год, т. е. одно изменение в нуклеотидной последовательности LTR каждые 200 тыс. — 450 тыс. лет. Некоторые ретроэлементы геномов приматов Старого Света имеют возраст не менее 55 млн лет (Bannert N., Kurth R. 2004).

Интересно отметить то, что обезьяны Нового Света (New World monkeys, NWMs) обычно либо вообще не имеют, либо имеют только сильно редуцированные копии ERV большинства классов (Greenwood A. D. et al., 2005). Следовательно, ретровирусное инфицирование вида возможно не при всех сценариях его существования. Однако если оно произошло и привело к эндогенизации ретровируса, то влечет за собой труднопрогнозируемые эволюционные последствия на протяжении нескольких миллионов лет. Объяснение причин отсутствия следов «ретровирусных атак» в геноме обезьян Нового Света представляет собой не менее интересную задачу, чем объяснение их наличия для обезьян Старого Света. Получается, что существуют либо неизвестные источники ретровирусов для приматов (и с ними не соприкасались приматы Американского континента), либо в природе имеются какие-то терминаторы ретровирусных эпизоотий, которые не представлены в Старом Свете. А вот результат эволюции без «эндогенизации» ретровирусов, как говорится, «на лицо». Обычно обезьян Нового Света относят к надсемейству примитивных широконосых обезьян. Это мелкие обезьяны с широкой хрящевой носовой перегородкой, с направленными вперед ноздрями и с когтеобразными ногтями. Большой палец не противопоставляется другим, полушария мозга гладкие. Свою цену за эволюцию они явно не заплатили. Но теперь вернемся к тем, кто «платил за все».

Ретровирусы семейства HERV-K у приматов Старого Света были активны перед и после эволюционного разделения человека и шимпанзе 5–6 млн лет назад. Некоторые из них встречаются исключительно только у людей, тем самым показывая, что они интегрировались с его геномом уже после разделения этих линий (табл. 3).

Таблица 3. Видовое распределение и время интеграции HERV-K элементов в геном человека[5]

HERV-K | Положение в хромосоме человека | Наибольшая дистанция до вида, в котором провирус был обнаружен | Оценка времени интеграции (млн лет)

HERV-K | Положение в хромосоме человека | Наибольшая дистанция до вида, в котором провирус был обнаружен | Оценка времени интеграции (млн. лет) | Дата «расхождения» с общим предком (млн. лет)

4q32 | 166274445-166281673 | шимпанзе | 7,2-10,5 | 6

HERVK(II) (Chr, 3) | 102893427-102902549 | горилла | 4,9–5,9 | 7

12q24 | 132277472-132283414 | горилла | 6,6–9,8 | 7

10p14 | 6906147-6915609 | горилла | 9,0-12,6 | 7

19p13.11A | 22549664-22556401 | горилла | 10,3-15,4 | 7

22q11 | 22204481-22215171 | горилла | 28,6-38,9 | 7

9q34.3 | 136950603-136960065 | орангутан | 11,1-12,7 | 14

3p25 | 9864346-9871236 | орангутан | 13,4-19,8 | 14

1q23 | 163306258-163311916 | орангутан | 15,9-17,3 | 14

19p13.11B | 20248400-20258515 | орангутан | 26,4-28,1 | 14

11q12 | 61892539-61907139 | гиббон | 17,5-21,0 | 18

19q13.1 | 42289389-42298906 | гиббон | 21,0-36,3 | 18

6p22 | 28758347-28768714 | гиббон | 25,0-32,4 | 18

20q11 | 32179289-32188037 | OWM | 12,8-18,3 | 25

6p21 | 42969390-42979344 | OWM | 7,4-13,1 | 25



Процесс интеграции ретровирусов с геномом приматов не носил линейный характер. Эволюция приматов сопровождалась взрывной амплификацией ретроэлементов в их геноме. «Новые» HERV-K неоднократно занимали участки генома, принадлежащие «старым» HERV-K по механизму гомологичной рекомбинации. По крайней мере, 1/3 из исследованных провирусов подверглась эктопической рекомбинации (ectopic recombination) (Hughes J. F., Coffin J. M., 2005). J. M. Coffin (2004) указывал на периоды в эволюции приматов «без активности ретровирусов». R. Belshaw et al. (2004), исследовавшие env ген HERV восьми семейств, считают, что реинфекция является наиболее общим механизмом поддержания и пролиферации эндогенных ретровирусов в их хозяевах (см. подглаву 1.3 «Реинфекция»). Однако высокая частота этих событий затрудняет точную оценку времени эндогенизации ретровирусов на основе оценок дивергенции между LTR (рис. 5).

Рис. 5. Образование через гомологичную рекомбинацию химерных LTR в HERV-K6p21

LTR заново интегрировавшихся HERV-K элементов показаны серым цветом (по Hughes J. F. и Coffin J. M., 2005).


В эволюции шимпанзе и людей участвовали разные эндогенные вирусы и с разными сценариями активности. P. Jern et al. (2006) нашли различия в недавней (т. е. имевшей место в ближайшие 5 млн лет) активности бета-подобных и гамма-подобных эндогенных ретровирусов в геномах этих видов приматов. Две большие группы гамма-подобных эндогенных ретровирусов (PtG1 и PtG2) поддерживались в геноме шимпанзе и отсутствовали у людей; PtG последовательности были наиболее сходны с двумя ERV бабуинов, но не с ретровирусами данного типа других шимпанзе или людей. Сама же гамма-ретровирусная интеграционная активность была разделена во времени от бета-ретровирусной (табл. 4).

Таблица 4. Свойства эндогенных ретровирусов, недавно интегрировавшихся с геномом людей и шимпанзе[6]

- | Человек | Шимпанзе |

Выявленный элемент | β | γ | β | γ |

ERV | 12 | 12 | 1 | 35

gag*[7] | 12 | 10 | 1 | 18

pro* | 12 | 4 | 1 | 27

pol* | 12 | 11 | 1 | 27

env* | 12 | 2 | 1 | 22

«LTR-gag-pro-pol-env-LTR» | 12 | 1 | 1 | 1



Для исследователей роли ретроэлементов в эволюции человека должно представлять интерес и обнаружение D. J. Hedges et al. (2004) разных сценариев эволюционной активности Alu-элементов, также начавших свой отсчет после дивергенции видов H. sapiens и P. troglodytes (см. «Эволюционная роль Alu-элементов»). Еще более любопытные результаты дает сравнительный анализ экспрессии эндогенных ретровирусов в различных тканях разных видов приматов. Например, анализ 215 образцов РНК, полученных из мозга людей, показал явную специфичность экспрессионного профиля HERV разных семейств и классов (Frank O. et al., 2005).

Недавние эксперименты позволили установить, что фундаментальные биологические различия между видами приматов являются следствием не столько вариаций в их генах, сколько результатом различий в экспрессии и регуляции одних и тех же генов (эволюция по типу анагенеза). Например, исследования, основанные на микроанализе ДНК, показывают, что экспрессия сложных генов человеческого мозга значительно превышает их же экспрессию у нечеловекообразных приматов.

Но ткани, иные чем мозг, у этих же приматов не показывают значительных различий в экспрессии генов (Stengel A. et al., 2006). А. Stengel et al. (2006) сообщили о собственных экспериментах по оценке экспрессии генов HERV в различных тканях приматов разных видов. Ими установлено, что большинство анализируемых HERV активно экспрессировались в тканях мозга человека, но оказывались либо полностью неактивными в аналогичных тканях обезьян Старого Света, либо их экспрессия была незначительной. Данные, полученные O. Frank et al. (2005) и А. Stengel et al. (2006), интересно сопоставить с более ранними наблюдениями палеоантропологов по эволюции мозга человекообразных приматов, обобщенных в работе С. Оппенгеймера (2004). Его собственные объяснения эволюции человека сводятся к необходимости приспособления приматов к внешним факторам, среди которых он на первое место ставит похолодание климата Земли, начавшееся 7–8 млн лет назад. И в качестве адаптивного признака к холоду антрополог Оппенгеймер почему-то видит увеличение объема мозга человекообразных приматов, а не увеличение длины их шерсти или толщины костей черепа. Проанализируем собранные им данные применительно к вышеуказанным работам и к результатам исследования дивергенции видов приматов, полученных другими авторами (см. рис. 4).

По данным антропологических исследований, примерно 7–8 млн лет назад произошло резкое сокращение числа видов человекообразных приматов, совпавшее по времени с расширением площади безлесых травяных степей и глобальным похолоданием, продолжавшимся несколько миллионов лет. Но именно в этот период произошла дивергенция какого-то неизвестного вида приматов на виды, в последующем дивергировавшие на гоминоидов (наших ближайших предков), горилл, орангутанов, бабуинов и шимпанзе. «Списать» оба эти процесса только на «похолодание» не удается, так как тогда же вспыхнули массовые эпизоотии ретровирусных инфекций, оставивших в качестве «отпечатков» в геноме этих видов не менее семи типов эндогенных ретровирусов. Эпизоотии были настолько масштабными, что почти не сохранили в геноме выживших видов приматов «следов» других подобных эпизоотий за предшествующие несколько миллионов лет (см. табл. 3). Массовая гибель приматов снизила заполненность занимаемых ими экологических ниш и способствовала увеличению темпов видообразования у тех представителей их отряда, которые «прошли» через процесс эндогенизации новых ретровирусов. Тогда же стали появляться виды приматов (гоминоиды), которых сегодня палеоантропологи считают нашими предшественниками, т. е. с увеличенным объемом мозга. Следовательно, ретровирусная эндогенизация при условии освобождения экологических ниш, создала условия для эволюции отряда приматов по типу кладогенеза (рис. 6).

Рис. 6. «Взрывная» дивергенция видов гоминоидов (эволюция по типу кладогенеза)

Произошла 5–2 млн лет назад после процессов эндогенизации ретровирусов, наиболее представленных в нашем геноме в настоящее время. «Звездочкой» обозначена массовая ретровирусная эпизоотия, ее «следы» сегодня обнаруживаются в геноме приматов в качестве эндогенных ретровирусов (за основу взята схема Оппенгеймера С., 2004).


Любопытно и то, что с этого периода времени у предков шимпанзе и предков человека функционируют разные эндогенные вирусы и с разными сценариями активности (см. выше данные Jern P. et al., 2006). С этого же времени у крупных травоядных обезьян за весь период сравнения (5 млн лет) не было выявлено никаких признаков увеличения объема мозга, тогда как у гоминоидов обеих ветвей Homo (ergaster и babilis) и Parantbropus (boisei) такие изменения произошли.

В этот период появилось не только несколько новых видов Homo и Parantbropus со значительно большим объемом мозга, но и, что весьма показательно, объем мозга увеличился у всех гоминоидов в пределах каждого вида с 400 до 900 см3 (Elton S. et al., 2001).

С. Оппенгеймер (2004) отмечает прерывистость увеличения объема мозга при переходе от древних гоминоидов к современному человеку. Он приводит следующий пример. Увеличение объема мозга между древнейшим Homo babilis, жившим примерно 2 млн лет назад, и Homo rbodesiense, жившим 1,07-1,3 млн лет назад, т. е. в период 700 тыс. лет, составило более чем в 2,5 раза. В последующие же 1,2 млн лет, несмотря на тот факт, что гоминоидам было присуще некоторое увеличение объема мозга, от достижения объема мозга современного человека их отделяло всего 6 %. Фактически же за последние 150 тыс. лет у человека современного типа имело место снижение объема мозга.

Оппенгеймер, привязавший свою теорию эволюции гомининоидов к похолоданиям климата, не смог скрыть своего удивления, когда не нашел очередных скачков роста объема их мозга в ледниковые периоды последнего миллиона лет и, в частности, ледникового периода, закончившегося 30 тыс. лет назад. Эндогенные ретровирусы участвуют в эволюции приматов не только через увеличение активности и объема их мозга, но и посредством «частных улучшений», когда они берут «на себя» новую функцию для генома (рис. 7).

Рис. 7. Эндогенная ретровирусная эволюция

LTR-последовательностям интегрированного провируса соответствуют прямоугольники, между ними последовательность ДНК вируса (прямая линия). Клеточная ДНК показана волнистой линией. Мутации изображены как звездочки или точки. Их обнаруживают двух типов: те, которые видоизменяют у потомков 5’ и 3’LTR (звездочки), и которые после интеграции только предшествуют видообразованию; и те, которые непосредственно способствуют дифференциации видов, т. е. видообразованию (точки) (по Hughes J. F. и Coffin J. M., 2005).


Количество задокументированных случаев, в которых эндогенные ретровирусы человека функционировали миллионы лет как промоторы или энхансеры (эволюция по типу анагенеза), в последние годы становится все большим (табл. 5).

Таблица 5. Примеры вовлечения ретровирусных последовательностей в регуляцию генов клеточных белков[8]

Элемент | Ген (промотор) | Функциональная роль

HERV-E | Mid1 | Opitz-syndrome

HERV-E | Аполипротеин С1 | Печень и другие ткани

HERV-E | Эндотелин-В рецептор | Плацента

HERV-E | Плелотрофин | Трофобласты

HERV–L | бета1,3-галактозилтрансфераза | Толстая кишка, молочная железа

ERV II | BAAT (трансфераза) | Метаболизм

ERV I | Ароматаза | Плацентарный эстрогенный синтез

ERV III | Карбоновая ангидраза 1 | Эритроид-карбон метаболизм

LTR + LINE-2 | Шаперонин (сhaperonin) | McKausick-Kaufman синдром

HERV | INSL4 (семейство инсулинов) | Плацента


Сопоставление палеонтологических доказательств S. Elton et al. (2001) и С. Оппенгеймера (2004) прерывистости в увеличении мозга гоминид с результатами исследований P. Jern et al. (2006) и J. M. Coffin (2004) по эндогенизации ретровирусов в геноме приматов, позволяет нам сделать предположение, что оба этих явления находятся в причинно-следственной связи и «укладываются» в теорию прерывистого равновесия эволюции видов (пунктуализм), сформулированную в 1972 г. С. Гоулдом (Stephen Jay Gould, 1941–2002) и Н. Элдриджем (Niles Eldredge, р. 1943). Их теория дополняет дарвиновскую теорию постепенной эволюции (градуализм). В ее основе лежит антиэнтропийный эволюционный механизм, названный мною «ретровирусной эволюцией» (см. подглаву 1.1).

Теория прерывистого равновесия эволюции видов предполагает, что в эволюции видов чередуются длительные периоды стабильности, когда основные черты вида сохраняются неизменными, и короткие периоды быстрых изменений, в ходе которых вид преобразуется — либо целиком превращается в другой вид, либо делится на два или более новых вида, либо «отпочковывает» их от себя (Pagel M. et al., 2006). Судя по приведенным выше данным, реализуется этот эволюционный механизм после массовых ретровирусных эпизоотий, заканчивающихся эндогенизацией ретровирусов в геноме выживших видов и наращиванием генома вида-хозяина путем образования новых собственных копий ретроэлементов; его усложнения путем образования новых экзонов из интронов и/или увеличения количества генов, подвергающихся альтернативному сплайсингу.

Заканчивая рассмотрение роли эндогенных ретровирусов в эволюции человека, важно отметить тот факт, что процесс эндогенизации отдельных ретровирусов имел место и после сформирования вида Homo sapiens (т. е. приблизительно 170 тыс. лет назад — оценка Оппенгеймера С., 2004). Например, возраст обнаруженного G. Turner et al. (2001) провируса HERV-K113 не превышает 100 тыс. лет. Он локализован в хромосоме 19 (19p13.11) и не полностью зафиксирован в человеческих популяциях. Генотипирование генетически различных популяций показало зависимость его аллельной частоты от исследуемой этнической группы. Провирус весьма распространен среди людей, живущих в Африке, Азии и Полинезии.

Основываясь на данных G. Turner et al. (2001), N. Bannert и R. Kurth (2004) предположили, что полностью интактные и активные аллели HERV все же либо представлены в популяциях людей с очень низкой частотой, либо встречаются с высокой частотой, но в генетически разделенных этнических группах. G. Turner et al. (2001) полагают, что их находка показывает способность HERV-K реинфицировать популяции людей в недавнем эволюционном прошлом, и что HERV-K113 реинфицирует людей даже сегодня (см. подглаву 1.3 «Реинфекция»; и подглаву 4.3«Эпидемиология LTR-ретроэлементов »).

Эволюционная роль L1 ретроэлементов. Обнаруженные в геноме современного человека L1 ретротранспозоны имеют свою собственную эволюционную историю, насчитывающую не менее 100–150 млн лет (Furano A.V., 2000; Han K. et al., 2005); т. е. в известном нам виде они существовали у класса млекопитающих еще во времена господства рептилий. Сегодня они образуют 16 различных семейств (L1PA16–L1PA1). Их активность в геноме человека значительно большая, чем HERV. Эффективно дуплицируя сам себя, L1, вероятно, играют ключевую роль в увеличении генома вида посредством размножения нетранспозируемых Alu- и SVA-элементов и образования ретропсевдогенов (см. «Эволюционная роль ретропсевдогенов»).

Структура типичного полноразмерного L1-элемента показана на рис. 8.

Рис. 8. Структура типичного полноразмерного L1-элемента

5’-нетранслируемый регион (5’-UTR) — является внутренним промотором транспозона, не зависящим от окружающих его нуклеотидных последовательностей. Далее идут открытая рамка считывания I (ORF I), кодирующая 40 кд (р40) РНК-связывающий белок (RNA-binding protein); короткий межгенный регион (intergenic region) протяженностью 63 п.о., содержащий стоп-кодон для всех рамок считывания (мРНК L1 атипична для мРНК млекопитающих, так как она бицистронна); и малоэффективная открытая рамка считывания II (ORF II), кодирующая L1-репликазу (L1 replicase). Она содержит три консервативных домена: NH2-терминальный домен эндонуклеазы (endonuclease, EN), центральный домен обратной транскриптазы (reverse transcriptase, RT) и COOH-терминальный цинк-шарнирный домен (COOH-terminal zinc knuckle-like domain — на схеме не показан). Далее идет 3’-нетранслируемый регион (3’-UTR), содержащий консервативный G-обогащенный полипуриновый мотив (G-rich polypurine motif). AATAAA поли А-сигнал (AATAAA poliA signal) требуется для терминации РНК полимеразы II типа (RNA polymerase II, Pol II). Геномные копии L1 обычно заканчиваются А-обогащенным участком (poliA tail, показан прямоугольником). На рисунке также показаны нуклеотидные вариации разных семейств L1-элементов (Ta-1, Ta-0, L1PA2 и L1PA5) (Ostertag E. M., Kazazian H., 2001; Boissinot S. et al., 2004).


Механизм репликации L1 аналогичен другим РНК, он включает образование транскриптов других ретроэлементов, например, Alu. У млекопитающих большинство L1 неактивны из-за вставок и точечных мутаций. Из 520 тыс. L1-ретротранспозонов генома человека только около 5 тыс. имеют полноразмерный геном. Вставочная история L1-элементов генома человека в основном написана семейством Ta-1, составляющим до 90 % их популяции. Это семейство содержит значительно большее количество полноразмерных транспозонов (full-length, FL), чем L1PA2 и L1PA5 семейства, которые считают более древними. Для интеграции Ta-1 предпочитают области с низким содержанием GC. S. Boissinot et al. (2004) нашли, что Ta-1 элементы вставлены в интроны 46 известных генов и они в два раза чаще ориентированы в антисмысловом направлении в отношении этого гена (67 %), чем в смысловом (33 %). Воздействие L1-ретротранспозонов на геном человека происходит по следующим механизмам (рис. 9):

Рис. 9. Механизмы воздействия L1-ретротранспозонов на геном человека (по Ostertag E. M., Kazazian H., 2001)

(а) L-элемент распространяется по геному через транспозицию. Он копируется по принципу «copy and pasty». L-белки синтезируются с их мРНК (cis-предпочтение). Следовательно, активны только полноразмерные элементы с двумя открытыми рамками считывания. Активный L сначала транскрибируется in siti, затем его РНК обратно транскрибируется и интегрируется с геномом в новом участке. L-ретротранспозон может интегрироваться с хромосомой в виде полноразмерной копии (А). Однако часто он оказывается 5’-усеченным (В) или 5’-инвертированным и усеченным (С), образуя неактивные копии исходного ретротранспозона.

(b) отдельные неавтономные ретротранспозоны, такие как Alu, могут быть транспозированны in trans, механизмом, используемым L1, в дальнейшем способствуя увеличению размера генома.

(с) L1 случайно вставляется в последовательность гена, вызывая генетическую болезнь.

(d) L1 может вызывать генетическое поражение через дупликацию или делецию гена после неправильной гомологичной рекомбинации.

(е) РНК-полимераза L1 часто обходит принадлежащий ретроэлементу поли А-сигнал, использует такой же, лежащий по направлению транскрипции, поэтому последовательность ДНК хромосомы, фланирующая L1 3'-сайт (заштрихованный прямоугольник), может быть перенесена в другой участок генома (D). Ретропозиция 3'-экзона в другой ген, может привести к «перетасовке» экзонов (E, F). По данным J. L. Gooldier et al. (2000), приблизительно 20 % L1-вставок содержат 3'-трансдуцируемые последовательности. Обычно размер таких вставок находится в пределах 500 — 3 килобаз.

(f) Экспрессия гена может быть усилена через присутствие L1. Отдельные L1 имеют антисмысловые Pol II промоторы, которые влияют на экспрессию находящихся в непосредственной близости генов (G). Другие L1 могут выполнять функции энхансеров и регулировать гены, находящиеся на некотором расстоянии от них.

Примером участия L1-ретротранспозонов в эволюции человека по типу анагенеза является образование секретируемых форм человеческого трансмембранного белка аттрактина (attractin). L1-ретротранспозируемый элемент обеспечил преждевременный стоп-кодон и полиаденилационный сайт, ответственные за синтез усеченного растворимого аттрактина. Обе формы, трансмембранный и растворимый белки, вовлекаются в клеточные взаимодействия в течение воспалительного процесса. Таким образом, вставки L1-ретроэлементов в данном конкретном случае создали для вида Homo sapiens более тонкие механизмы регуляции воспалительных ответов (Tang W. et al., 2000).

Эволюционная роль Alu-элементов. Среди других семейств ретроэлементов, Alu наиболее многочисленны в геноме человека. Они представлены более чем 1,4 млн копий, которые соответствуют 10 % всей массы генома. Их число продолжает расти, и они встраиваются во все новые сайты с частотой примерно одно новое встраивание на 100–200 новорожденных (Аст Г., 2005).

Происхождение первых Alu-мономеров, называемых также «окаменелыми» Alu-мономерами (fossil Alu monomers, FAMs), неизвестно; и их история уходит в глубину геологического времени. Они имели размер примерно в 160 кб и в геноме человека представлены незначительно. «Современные» Alu — элементы появились не ранее чем 55 млн лет назад, фактически в эпоху «до приматов-антропоидов». Эти ретроэлементы представляют собой продукт слияния «голова к хвосту» двух различных FAM, которые дали начало димерной структуре, состоящей из двух сходных, но не идентичных мономеров (левое и правое плечо Alu), соединенных через A(аденин) — обогащенный линкер. Транскрибированная с Alu-элементов Alu-РНК является высоко структурированной, и поддерживает строгое структурное сходство со своей предковой РНК (Hasler J. и Strub K., 2006).

«Современные» Alu-повторы классифицируют в соответствии с их возрастом. Субсемейство Alu J было активно в период дивергенции приматов на его основные классы. Субсемейство Alu S наиболее активно амплифицировалось в геноме приматов в период появления первых антропоидов, т. е. приблизительно 40 млн. лет назад. Alu Y — самые «молодые» из них. Они по-прежнему активны в отдельных семействах человекообразных приматов (Quentin Y., 1988). В геноме человека все Alu-вставки приходятся на AluY субсемейство или его производные. Из них наиболее представлены AluYa5 и AluYb8 субсемейства, 25 % и 38 % локусов, соответственно (Hedges D. J. et al., 2004).

D. J. Hedges et al. (2004) нашли двукратное увеличение вставок Alu у людей, по сравнению с их количеством у шимпанзе (Pan. troglodytes). Но уровень различий Alu, интегрировавшихся с геномом шимпанзе, в 1,7 раз выше, чем у людей (рис. 10).

Рис. 10. Субсемейства Alu, представленные в геноме человека (справа) и шимпанзе (слева). По работе D. J. Hedges et al. (2004)

D. J. Hedges et al. (2004), также как и P. Jern et al. (2006), обнаруживших разные сценарии активности эндогенных ретровирусов у людей и шимпанзе, пришли к выводу, что Alu-элементы у людей уже несколько миллионов лет проявляют значительно большую эволюционную активность, чем у шимпанзе (см. «Эволюционная роль HERV-K»). Распределение Alu-повторов по геному человека весьма неравномерно как между хромосомами, так и по их длине. В хромосомах 14, 16, 21 Alu-последовательности концентрируются в области центромеры, а в хромосомах 4, 19, 20, Х и Y человека выраженные кластеры Alu-повторов не найдены (рис. 11 и 12).

Рис. 11. Архитектура Alu-элемента

Размер Alu-повтора около 300 п.о. В 170 п.о. от начала элемента расположен сайт узнавания рестриктазой AluI (отсюда и его название). Повтор имеет характерную димерную структуру. Состоит из двух похожих, но не эквивалентных прямых повторов длиной около 130 п. о. — левое и правое плечи (left and right arms). Правое плечо содержит вставку из 31 нуклеотида, богатую аденином. Плечи разделены A-богатым регионом (Mid A-stretch), правое плечо закачивается коротким poly(A) — хвостом (terminal A-stretch). Левое плечо содержит функционирующие, но слабые A и B боксы (boxes) внутреннего промотора РНК-полимеразы III (по Hasler J. и Strub K., 2006).

Рис. 12. Вторичная структура Alu-РНК

Подчеркнутые буквы и точки показывают связывающие сайты SRP9/14 и спаривание оснований третичной структуры между двумя петлями, соответственно. Типичная Alu-РНК представляет собой димер сходных, но не эквивалентных плеч, которые соединены через А-обогащенный линкер (Weichenrieder O. et al., 2000).


Alu-элементы амплифицируются через РНК-производное посредством механизма ретротранспозиции, зависящего от других транспозонов (например, LINE-1). Сами они не кодируют генов белков.

К настоящему времени установлено их участие в следующих процессах, способствующих эволюции приматов по типу анагенеза.

Экзонизация. Из тысяч Alu-ретроэлементов, найденных в интронах генов человека, значительная часть их последовательностей полностью или частично представлены в кодирующих регионах мРНК. Некодирующие участки мРНК тоже не остаются без внимания ретроэлементов — см. «A — I редактирование».

Присутствие отдельных потенциально подверженных сплайсингу сайтов в Alu-консенснусных последовательностях дает основание предположить, что они были вовлечены в кодирующий регион через экзонизацию — процесс образования экзонов в интронных областях. Он стал возможен благодаря существованию у Alu-последовательностей участков (motifs), имеющих сходство с сайтами сплайсинга, или они образуют такой сайт посредством вариаций отдельных нуклеотидов интегрировавшимся Alu-элементом (рис. 13).

Рис. 13. Экзонизация интронов Alu-элементами

Гипотетически Alu-элементы вставляются в ориентации, которая противоположна смысловой транскрипции интронного региона гена. Этот элемент имеет мажорный 3’-сайт сплайсинга вблизи позиции 275 и мажорный 5’-сайт сплайсинга вблизи позиции 158. Использование альтернативного сайта сплайсинга Alu-элементом ведет к вариациям зрелой (матричной) РНК.A. Pre-мРНК подвергается актам сплайсинга (1; 2; 3). 3’- and 5’-сплайсинг сайты показаны без скобок. Альтернативные сплайсинг-сайты включены в квадратные скобки. B. Под актом 1 показан правильный сплайсинг без Alu-экзонизации. C. Экзонизация интронного Alu-элемента через использование его 5’- и 3’-сплайсинг сайтов вместе с 5'—сплайсинг сайтом экзона 1 и 3’ сплайсинг сайтом экзона 2; результат актов сплайсинга 2 и 3. Экзонизирован только Alu-элемент. D. Экзонизация интронного Alu-элемента посредством его 3’-сплайсинг сайта вместе с 5’-сплайсинг сайтом экзона 1; результат акта сплайсинга 2. Alu-элемент и 3’-конец интрона 2 были экзонизированы. E. Экзонизация интронного Alu-элемента посредством использования 5’-сплайсинг сайта вместе с 3’-сплайсинг сайтом экзона 2; результат акта сплайсинга 3. Alu-элемент и 5’-конец интрона 1 экзонизированы (по Hasler J. и Strub K., 2006).


R. Sorek et al. (2002) идентифицировали подмножество альтернативных сплайсингированных внутренних экзонов, из которых до 5 % были производными от Alu-элементов, и установили, что все экзоны, содержащие Alu, образовались в результате альтернативного сплайсинга. Эти же авторы показали, что до 85 % экзонов, содержащих Alu, являются производными от антисмысловых Alu-элементов и что благодаря существующим тонким взаимодействиям между сайтами сплайсинга, некоторые мутации способны привести к повороту сплайсинга от альтернативного к конститутивному. Эволюционный процесс, приводящий к экзонизации частичные и полные Alu-элементы, представляет собой случайное совпадение мутаций.

Например, S. Singer et al. (2004) реконструировали последовательность событий, приведших к образованию альтернативного 5’-экзона гена рецептора фактора некроза человека (p75TNFR). По крайней мере, пять мутационных событий, произошедших в течение 63 млн лет эволюции приматов, оказались необходимыми для случайной экзонизации и фиксации гена p75TNFR:

1) интеграция с геном примата Alu-элемента;

2) приобретение альтернативного сайта начала транскрипции;

3) образование альтернативного стартового кодона;

4) формирование сайта сплайсинга; и только после этого;

5) случайная, в 7 нуклеотидов, делеция привела к образованию открытой рамки считывания.

На рис. 14 суммированы результаты M. Krull et al. (2005), полученные ими при оценке возраста четырех генов и ранее описанного Singer et al. (2004) гена p75TNFR.

Рис. 14. Оценка возраста интеграционных актов пяти исследованных Alu-элементов и их аффинации в субклассы

Интеграционные акты показаны в виде черных кружков с белыми надписями, указывающими субсемейства Alu. Стрелками показано спроецированное время экзонизации в миллионах лет после интеграции Alu. Вероятное полное аннулирование экзонизации этих же генов для Cercopithecoidea и Hylobates показано открытыми кольцами. Феномен аннулирования экзонизации уже сам по себе свидетельствует не только о возможности «прогрессивной эволюции» под воздействием процессов, в которых участвуют ретроэлементы, но и, наоборот, о возможности регресса вида и его замещения более примитивными эволюционными ветвями. Ген RPE2-1 (ribulose-5-phosphate-3-epimerase transcript variant 2) у людей найден в пределах хромосомы 2q32-q33.3.Ген C-rel-2 (изоформа C-rel прото-онкогенного протеина) у людей расположен в хромосоме 2p13-p12.Ген MTO1 (mitochondrial translation optimization gene homolog) у людей расположен в хромосоме 6q13.Ген PKP2 (plakophilin) у людей расположен в хромосоме 12p11.Судя по этим данным, большинство из экзонизированных элементов интегрировались с геномом приматов перед их дивергенцией на антропоидов. В локусе p75TNFR отдельные изменения последовали за интеграцией через период в несколько миллионов лет, рекрутировавшие эти последовательности как экзоны и зафиксировавшие их в линии, ведущей к Сatarrhines. Теоретически Alu-элементы, ретропозировав в MTO1-3 и в PKP2-4, могли проявить активность немедленно после интеграции. Ретропозированный в MTO1-3 Alu-элемент изначально обладал необходимой последовательностью для альтернативного сплайсинга. В случаях RPE2-1 и PKP2b-4, вставки Alu-элементов были активированы криптическими (cryptic — загадочный) 5’- или 3’-сплайсинг-сайтами в интронных последовательностях, которые в случае с PKP2b-4 привели к дополнительной экзонизации рандоминизированной (randomized) интронной последовательности. Более подробно эти наблюдения описаны в работе M. Krull et al. (2005).


Вставки Alu-экзонов вводят преждевременные терминальные кодоны или рамки считывания, а сами Alu-элементы генома человека действуют как очень большой резервуар альтернативных экзонов. В большинстве случаев экзонизированные последовательности являются либо нейтральными мутациями, либо проявляются вредным действием для отдельной особи, но это их влияние на особь незначительно, так как новый альтернативный продукт сплайсинга составляет только небольшую часть продукта обычного сплайсинга зрелой мРНК.

A — I редактирование. Редактирование РНК — процесс, посредством которого нуклеотидные последовательности молекул РНК изменяются во время транскрипции и после нее. Модификация РНК включает нуклеотидные вставки и делеции, и модификации оснований. Наиболее эффективным приемом модификации оснований является реакция гидролитического деаминирования, посредством которой цитозин конвертируется в урацил; а аденозин (А) в инозин (I), другое название процесса — A — I редактирование. Эта реакция в условиях in vivo катализируется ферментами семейства аденозиндезаминаз (adenosine deaminase, ADAR), предпочтительно редактирующих аденозин, расположенный в двуцепочечном регионе молекулы РНК (Valente L., Nishikura K., 2005) (рис. 15).

Рис. 15. A — I редактирование в Alu-элементах

A. Реакция деаминирование аденозина через ADAR, ведущая к образованию инозина. Б. Внутримолекулярное спаривание оснований двух мРНК, содержащих Alu-элементы в противоположной ориентации. Спаривание оснований двух Alu-элементов приводит к формированию длинного стабильного двунитевого РНК-региона, в котором ADAR выполняет замену A на I. Редактирование является удачным, когда дистанция составляет <2 кб разделенными двумя Alu-элементами в противоположной ориентации. Два близко вставившихся Alu-элемента становятся идеальным субстратом для ADAR (по Hasler J. и Strub K., 2006).


Точная роль A — I редактирования в метаболизме клеток неизвестна, но она жизненно необходима для реализации клеточного цикла. Было показано, что нокаут (knockout — выбивать, испортить) гена ADAR1 эмбрионов мышей приводит к летальному эффекту через разрушение печени (Hartner J. C. et al., 2004). Замена A на I является широко распространенным механизмом редактирования РНК. Более 90 % всех A — I замен происходят в пределах Alu-элементов, содержащихся в мРНК. Установлено что A — I редактирование предпочтительно встречается в некодирующих регионах мРНК. А так как ADAR-ферменты не являются специфичными для двунитевой РНК определенных сайтов, то граничащие с Alu основания также часто подвергаются редактированию.

РНК-редактирование может серьезно воздействовать на экспрессию генов на отдельных этапах жизненного цикла клетки. Так как инозин не может спариваться с урацилом, а только с цитозином, то редактирование может воздействовать на стабильность молекулы РНК посредством создания и разрушения вторичных структур. Когда инозин будет распознан как гуанозин, то посредством аппарата трансляции и сплайсинга A — I редактирование способно привести к аминокислотным заменам в кодирующей последовательности, или к модификации сайта сплайсинга в интроне, приводя к преждевременной терминации транскрипции или к искажению рамки считывания гена белка.

Участие в трансляции белков. С начала 1990-х гг. известно, что Alu РНК, транскрибированная с ДНК Alu-элементов, постоянно представлена в цитозоле клеток приматов. Хотя Alu-элементы и содержат внутренние A и B боксы промотора РНК полимеразы III, но этот внутренний промоторный элемент слишком слаб для осуществления эффективной транскрипции Alu-элементов. В обычных условиях Alu РНК представлена в очень низком количестве копий в цитозоле (103–104 молекулы на клетку). В стрессовых же условиях, таких как вирусная инфекция, экспозиция циклогексемидом или тепловой шок, уровень их экспрессии значительно увеличивается. Alu-элементы имеют высокий потенциал модуляции генной транскрипции посредством связывания отдельных транскрипционных факторов. Alu РНК выполняет какую-то специфическую функцию в клеточном метаболизме, и необходима для выживания клетки в условиях стресса, а транскрибируемая с ДНК Alu-элементов «утиль РНК» («junk RNA») участвует в процессах клеточного метаболизма. Первичные Alu-элементы были не более чем «эгоистичной ДНК» (см. «Проретроэлементы и проретровирусы»), но давление естественного отбора адаптировало их в геноме через закрепление за ними важных функций в регуляции генной экспрессии. Этот выигрыш регуляционной функции, известный как экзаптация (exaptation), участвовал в эволюции приматов по типу кладогенеза и помог их дивергенции среди других млекопитающих (Brosius J., Gould S. J., 1992).

ARE. Значительная часть мРНК млекопитающих в 3'-нетранслируемых регионах (untranslated regions, UTR) представлена последовательностями, содержащими аденин-урацил-обогащенные элементы (adenine and uracil rich elements, AREs). Такие мРНК-последовательности обычно стабильны. Однако в последние годы обнаружены их разновидности, производные от Alu, уменьшающие стабильность мРНК и приводящие ее к распаду. Alu-повторы составляют до 5 % 3' UTR последовательностей мРНК. На рис. 16 показан возможный механизм образования ARE.

Рис. 16. Схематическое изображение образования ARE

A. Alu содержат poly-adenine (poly-A) — регион в концевой части. На схеме он показан как «aaaaaaaa» (также см. рис. 10). Poly-A Alu в антисмысловой ориентации становится poly-T (комплементарной poly-A) в смысловой цепи ДНК. Эта последовательность показана как «tttttttt». Б. Теперь, после транскрипции poly-T-региона, мРНК содержит poly-uracile (poly-U) — регион. В. AU-обогащенные элементы находят именно в этих poly-U-регионах (B) (по Hyeong Jun An et al., 2004).


Hyeong Jun An et al. (2004) обнаружили, что не менее половины наиболее протяженных ARE являются производными от (poly-T) — регионов, комплементарных (poly-A) — регионам Alu. Они предположили, что Alu не только участвуют в экспрессии 5'-генов и, в альтернативном сплайсинге интронных регионов генома, но и перемещаясь по геному через ретропозицию (см. «Эволюционная роль L1 ретроэлементов»), они способны увеличивать или сокращать период полураспада мРНК (особенно в области 3' UTR) через образование ARE. Это еще один и, видимо, далеко не последний, из механизмов воздействия на экспрессию отдельных генов, обусловленный активностью ретроэлементов.

Эволюционная роль ретропсевдогенов. В геноме человека имеется более 20 тыс. псевдогенов — «молчащих» копий известных генов. «Ретропсевдогенез» — это процесс образования псевдогенов через обратную транскрипцию с мРНК. Вследствие утраты регуляторных элементов ретропсевдогены почти всегда функционально неактивны, начиная с того самого времени, когда они впервые внедрились в хромосомную ДНК. По этой причине они обычно не подвергаются природной селекции и, следовательно, являются идеальным объектом для изучения нейтральной эволюции (Csuros M., Miklos I., 2005). Например, по нуклеотидным различиям в псевдогенах цитохрома С. Grossman et al. (2001) показали ускоренную эволюцию этого белка в период формирования предка человекоподобных приматов 40 млн лет назад.

Ретропсевдогены могут участвовать в образовании ретроэлементов, что продемонстрировали K. Szafranski et al. (2004), использовавшие в качестве экспериментальной модели одноклеточный эукариотический организм — Dictyostelium discoideum. Эта саркодовая амеба содержит семейство LINE-подобных ретротранспозонов, специфически интегрирующихся с генами тРНК (TRE-элементы). Исследователями было установлено, что ретротранспозированный рибосомальный 5S(r5S) — РНК-псевдоген в геноме D. discoideum содержит в своем 3’-концевом участке 8-bp последовательность, производную от 3’-конца TRE и полиаденилового хвоста. Ретропсевдоген фланкирован через дупликации, имеющие сайт узнавания (target-site duplications), которые характерны для TRE, и вставляются «выше» гена тРНК, точно также, как типичный TRE. r5S-ретропсевдоген имеет структурные особенности SINE, но он не может быть амплифицирован, вероятно, вследствие 5’-усечения, которое происходит во время инициации транспозиции. Обнаружение такого ретропсевдогена означает то, что SINE могут создаваться de novo путем обратной транскрипции LINE-транскриптов, если кодируемая LINE обратная транскриптаза диссоциирует от LINE РНК и «перескакивает» к другим клеточным РНК, транскрибируемым РНК-полимеразой III (см. «Классификация транспозируемых ретроэлементов»). K. Szafranski et al. (2004) предположили, что высокая концентрация транскриптов генов полимеразы III в ядре клетки может способствовать переключению обратной транскриптазы на создание новых SINE. Эти короткие вставочные элементы и другие копии фрагментов геномной ДНК будут занимать новые участки в хромосоме, приводя к модификации уже существующие гены.

Однако роль самих псевдогенов в эволюции еще только выясняется. Обращает на себя внимание и то обстоятельство, что их количество в геноме многих современных позвоночных на порядки превышает количество активных генов-предшественников. Например, число псевдогенов В-тубулина человека превышает количество функционирующих генов этого белка в 10 раз; а число псевдогенов глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы мышей превышает количество активных генов этого фермента в 200 раз. К тому же дальнейшая судьба гена после его псевдогенизации не предполагает его участия в эволюции таксона. По данным D. Graur D. et al. (1989), после того как ген теряет свою функцию (т. е. становится псевдогеном), он подвергается воздействию двух процессов, обычно относимых учеными к проявлениям нейтральной эволюции.

Первый включает в себя быстрое накопление точечных мутаций и неизбежно стирает сходство последовательностей псевдогена и его функционального гомолога, который эволюционирует гораздо медленнее. Нуклеотидный состав псевдогена будет становиться все более и более похожим на состав его нефункционального окружения, он будет «смешиваться» с этим окружением. Этот процесс получил название композиционной ассимиляции. Второй процесс характеризуется тем, что псевдоген становится все короче по сравнению с функциональным геном. Сокращение его длины вызывается преобладанием делеций над инсерциями.

Оценки показывают, что процессированные псевдогены млекопитающих теряют около половины своей ДНК примерно за 400 млн лет. Но первые млекопитающие появились значительно позже, т. е. этот процесс начался еще при появлении первых позвоночных. Геном человека, например, все еще содержит основные участки ДНК псевдогенов, найденные у самых отдаленных предков. Следовательно, процесс образования псевдогенов — это торможение эволюции таксона. По своему биологическому значению он противоположен ретровирусной эволюции и уравновешивает ее (более подробно см. в подглаве 2.3).

Прекращение инвазии транспозируемых элементов. Геном человека содержит следы многих «угасших» семейств транспозируемых элементов. Каким образом происходит такое «угасание», изучено плохо, но сам феномен зафиксирован.

Основной причиной «угасания» любого семейства транспозируемых элементов может стать уменьшение скорости его пролиферации ниже порогового уровня, зависящего от темпа мутационных замен нуклеотидов (per-nucleotide mutation rate) в геноме хозяина (Nuzhdin S. V., 1999). Высокий темп мутаций генома хозяина может не рассматриваться слишком серьезно в качестве фактора риска для утраты копиями ретровирусов свой функциональности при высокой скорости их транспозиции. Но если в дальнейшем скорость транспозиции ретроэлементов под воздействием каких-либо клеточных механизмов снизится или возрастет скорость появления мутаций в геноме хозяина, то пороговый уровень накопления мутаций для транспозируемых элементов, за которым они уже не смогут существовать, будет пройден (Lopez-Sanchez P. et al., 2005).

Другой механизм «угасания» семейства транспозируемых элементов заключается в фиксации рестриктирующих их факторов у вида-хозяина. Геном хозяина имеет приобретенные за более чем миллиард лет совместной эволюции стратегии противодействия транспозируемым элементам и вирусам. Одна из наиболее использованных и простых моделей для анализа таких взаимоотношений между транспозируемыми элементами и геномом хозяина разработана на модели Drosophila. В лабораторных линиях D. melanogaster активны различные семейства транспозируемых элементов дрозофил. Были показаны как линии Drosophila, несущие пермиссивные аллели, специфически ослабляющие контроль со стороны хозяина над количеством копий соответствующего семейства транспозируемых элементов, так и стабильные линии, несущие аллели, ограничивающие транспозицию транспозируемых элементов. Репрессивное состояние, специфичное для данного семейства, может быть установлено посредством гомологично-зависимых trans-молчащих механизмов (homology-dependent trans-silencing mechanisms), запущенных либо посредством транскрипционального (инактивация промотора), либо посттранскрипционального (деградация специфических последовательностей РНК, sequence-specific RNA degradation) блокирования генов. Наиболее хорошо охарактеризованными механизмами, ограничивающими амплификацию экзогенных и эндогенных вирусов, являются те, которые нарушают их связывание с рецепторами на поверхности чувствительных клеток; и цитоплазматические ферментативные системы, редактирующие РНК/ДНК (cytoplasmic RNA/DNA editing enzymes).

Как только частота рестрицирующих аллелей у вида возрастает до определенного порогового уровня, соответствующее семейство транспозируемых элементов подавляется за относительно небольшое количество генераций. Поэтому возможно его «внезапное» «угасание», разумеется, в масштабах «геологического времени». Такое событие случилось с семейством ERV9, «пресекшимся» в геноме наших эволюционных предков перед самым их разделением на линии шимпанзе и человека. После активного транспозирования в геноме приматов в течение почти 32 млн лет процесс терминации семейства уложился приблизительно в 100 тыс. лет (5000 генераций) (Costas J., Naveira H., 2005).

%%%

В настоящее время накоплено уже достаточно данных, позволяющих утверждать, что ретротранспозируемые элементы и ретровирусы активно проявили себя в эволюции приматов-гоминоидов. Эволюционные процессы с их участием не только начались задолго до образования современных видов гоминоидов, но они создали определенный генетический «задел на будущее», предопределяя альтернативы дальнейшей эволюции человека в рамках своего систематического класса и вне зависимости от его собственных намерений. Эндогенизация ретровирусов происходила на фоне массовых эпизоотий, сопровождавшихся вымиранием отдельных видов приматов, в том числе и гоминоидов. У предков шимпанзе и предков человека уже не менее 5 млн лет функционируют разные эндогенные ретроэлементы с разными сценариями активности. Одному из таких «сценариев» вид Homo sapiens обязан своим происхождением в качестве «мыслящего». Процессы образования псевдогенов и прекращения инвазии транспозируемых элементов представляют собой некую «систему сдержек и противовесов» ретровирусной эволюции.

1.3. Ретровирусное окружение вида Homo sapiens

Структура и цикл жизни ретровирусов. Онкогенные ретровирусы (Oncovirinae). Лентивирусы (Lentivirinae, «медленные вирусы»). «Пенящиеся вирусы» (Spumavirinae). Инфицированность лентивирусами диких животных. Непатогенная инфекция. Реинтеграция и реинфекция ретровирусов. Коинфекция.


Когда знакомишься с вирусологической литературой, изданной «накануне» обнаружения ВИЧ, то складывается впечатление, что ретровирусы на тот момент были изучены не хуже, чем кишечная палочка (см., например, работы Альштейна А. Д., 1982; Тимакова В. Д. и Зуева В. А., 1977).

Первые ретровирусы открыты еще в начале ХХ столетия, когда была установлена вирусная природа эритробластоза и саркомы кур. Вскоре были обнаружены вирус рака молочных желез мышей и вирус лейкоза мышей. Название семейству дано в 1973 г. W. Parks — оно происходит от англ. «reverse transcriptase» (обратная транскриптаза). В латинском варианте «retro» означает обратный поток информации — не от ДНК к РНК, а, наоборот, от РНК к ДНК. В 1970-х гг. семейство было тщательно классифицировано и изучено. Установлена морфология, химический состав, жизненный цикл и патогенные свойства многих его представителей. Ретровирусы были обнаружены как у животных, составляющих ближайшее окружение человека, так и у его эволюционных предков. Их выявили у норок (эндогенный вирус типа С), мышей (экзогенные и эндогенные вирусы лейкоза, вирус саркомы, вирусы рака молочных желез), крыс (эндогенный вирус типа С), хомяков (эндогенный вирус типа С), кошек (эндогенный вирус типа С, экзогенные вирусы лейкоза и саркомы), крупнорогатого скота (вирус лейкоза), обезьян (эндогенные и экзогенные вирусы типа С, эндогенный вирус типа В, вирус лимфомы гиббонов и др.), свиней (вирус типа С), у пресмыкающихся (вирусы типа С), овец (вирусы висны) и др. «Рука ученого» дотянулась даже до ретровирусов гадюк. Тем более удивительным нам представляется существовавший на тот момент пробел в знаниях по ретровирусам у людей. На этом фоне и так запоздалое обнаружение ВИЧ выглядит до сих пор чуть ли не «как гром с ясного неба», даже роль этого вируса в развитии пандемии СПИДа подвергается сомнению.


Структура и цикл жизни ретровирусов. Ретровирусы — семейство сложных РНК-геномных вирусов, образующих с помощью обратной транскриптазы ДНК-копию генома, которая, интегрируя с геномом хозяина, вызывает интегральную инфекцию. Для включения вируса в семейство Retroviridae обязательны следующие признаки:

1) наличие липидной оболочки и сердцевины (core) и характерная морфология, на основании которой их делят на типы В, С и D;

2) наличие обратной транскриптазы внутри вириона;

3) геном в виде однонитевой линейной РНК, которая образует комплекс, состоящий из двух идентичных субъединиц (т. е. они представляют собой диплоидные организмы, каждый их вирион содержит две идентичные цепи РНК размером от 8 тыс. до 10 тыс. нуклеотидов, соединенных вблизи своих 5’-концов);

4) репликация через стадию образования двунитевого ДНК-провируса, соответствующего по длине одной из субъединиц геномной РНК;

5) интеграция ДНК-провируса с клеточным геномом и осуществление транскрипции клеточной РНК-полимеразой (после интеграции ретровирусная ДНК реплицируется как часть клеточной ДНК), созревание вириона путем почкования на клеточных мембранах (Альштейн А. Д., 1982).

Вирион сферический (диаметр 80-100 нм) оболочечный, с гликопротеиновыми поверхностными выступами (8 нм в длину). Внутреннее ядро включает сферический нуклеокапсид (нуклеоид), расположенный эксцентрично у представителей рода Betaretrovirus, по центру — у Alpharetrovirus, Gammaretrovirus, Deltaretrovirus и Spumavirus, и в виде стержня или усеченного конуса у представителей рода Lentivirus. Традиционно семейство разделяют на подсемейства ленти-, онкорна- и спумавирусов (Dalton F. et al., 1974; Matthews R., 1979). Ретровирусное филогенетическое древо показано на рис. 17.

Рис. 17. Ретровирусное филогенетическое древо

На филогенетическом дереве показаны ретровирусы типа С [вирусы лейкозов грызунов (MuLV) и птиц (АLV), а также вирус, тропный к Т-лимфоцитам человека (НТLV)], лентивирусы [вирусы иммунодефицита человека (ВИЧ-1 и 2), обезьян (SIV), кошек (FIV) и вирус visna-maedi (VMV)], спумавирусы и эндогенные ретровирусы человека (HERV-K и HERV–C) (Пауэр К., 2001).


Схематическое изображение РНК-генома ретровирусов приведено на рис. 18.

Рис. 18. Схематическое изображение РНК-генома ретровируса на примере сравнения геномов лентивирусов кошачьих и приматов (по Woude S.V., Apetrei C., 2006)

Лентивирусы приматов обладают пятью регуляторными генами (vif, rev, tat, vpr и nef), которые обычно «выстроены в шеренгу» в одних и тех же регионах SIV/ВИЧ генома. Гены tat и rev содержат по два экзона. Присутствие в геноме лентивируса двух других регуляторных генов (vpx и vpu) варьирует в зависимости от происхождения вируса. Их сочетания обычно делят на три геномные групы: а) SIVsyk, SIVasc, SIVdeb, SIVblu, SIVtal, SIVagm, SIVmnd-1, SIVlhoest, SIVsun и SIVcol содержат пять добавочных генов (tat, rev, nef, vif и vpr); b) геномы ВИЧ-1, SIVcpz, SIVgsn, SIVmus, SIVmon и SIVden включают дополнительный ген vpu; c) ВИЧ-2, SIVsmm, SIVmac, SIVrcm, SIVmnd-2 и SIVdrl формируют третью геномную группу, характеризующуюся присутствием гена vpx.Гены far, vpx специфичны для SIV, инфицирующих обезьян Papionini (триба павиановые, включают следующие рода: павианы, макаки, мангобеи, мандрилы, джелады) и были приобретены в результате негомологичной рекомбинации (nonhomologous recombination), которая привела к дупликации гена vpr. SIVblu, SIVolc, SIVwrc, SIVasc, SIVbkm, SIVery и SIVagi не были полностью секвенированы, и поэтому пока нет возможности охарактеризовать организацию их генов. Структура геномов трех видов FIV сходна и не обнаруживает явных геномных групп, связанных с патогенностью для кошачьих. FIV несут два других добавочных гена: ген dUTPазы (dUTPase gene; на схеме не показан), расположенный в рамке в пределах гена pol. Он ответственен за предотвращение ошибочного включения урацила (uracil misincorporations) в молекулу РНК вируса во время его репликации и, соответственно, его аттенуации. Вторая открытая рамка считывания, обозначенная как orf-A (также ее называют orf-2), кодирует протеин, состоящий из 77 аминокислот, сходный с Tat ВИЧ. У этого протеина не обнаружена способность к трансактивации (transactivating properties), однако он является критическим на ранней стадии инфицирования клетки и при формировании вирусной частицы, локализован в ядре, что делает его более сходным по свойствам с Vpr. Нарушение функции белка Orf-A ведет к снижению способности вируса к репликации и уменьшению его патогенности. Оrf-3 содержит ATG-кодон в направлении «вниз» (downstream) от потенциального сплайсингакцепторного сайта. кб — килобазы.


Инфекционный ретровирус имеет три основных структурных гена, кодирующих вирусные протеины в следующем порядке: 5’-gag-pol-env-3’. Для ВИЧ их описание следующее:

ген gag — кодирует белки, формирующие «сердцевину» вируса (необходимы для внутриклеточной сборки вируса и его высвобождения из клетки);

ген pol — кодирует ферментную систему вируса (обратную транскриптазу — p66/51; интегразу — p31/33; рибонуклеазу — p31/33);

ген env — определяет способность вируса выходить за пределы клетки и инфицировать другие. Кодирует белки предшественника оболочки вируса — gp160, расщепляющиеся на gp120 и gp41.

Области 5’- и 3’-концов обеих цепей модифицированы, как и у всех эукариотических мРНК (5’-кэпы и 3’-полиадениловые хвосты). Имеются последовательности, необходимые для реализации механизма обратной транскрипции:

1) прямые повторы на 5’- и 3’-концах РНК (LTR — он действует как единица промоции, необходим для транскрипции всего вирусного генома и начала транскрипции отдельных вирусных генов);

2) последовательность из 80–120 нуклеотидов, соседствующая с 5'-концевым прямым повтором (U5);

3) последовательность из 170–1200 нуклеотидов, соседствующая с 3’-концевым прямым повтором (U3);

4) последовательность из 15–20 нуклеотидов (Р), в пределах которой клеточная тРНК спаривается с ретровирусной РНК, что создает праймер для синтеза первой цепи ДНК;

5) сегмент Рu, находящийся непосредственно перед повтором U3 и являющийся сайтом для праймирования второй цепи ДНК.

У ретровирусов кроме структурных есть еще регуляторные гены. У ВИЧ их шесть:

tat (transactivator of transcription) — кодируемый им белок является наиболее активным регулятором, обеспечивающим усиление в 1000 раз репликации вируса и регулирующий экспрессию клеточных генов;

rev (regulator of expression of virus proteins) — кодируемый им белок избирательно активирует синтез структурных белков вируса, обеспечивает экспорт из ядра длинных молекул вирусной РНК. На поздних стадиях ВИЧ-инфекции он замедляет синтез регуляторных белков (см. «Реинфекция»);

nef (negative regulatory factor) — при взаимодействии с LTR кодируемый им белок замедляет транскрипцию вирусных генов. Синхронная функция nef и tat регулируют репликацию вируса таким образом, чтобы она не приводила к гибели клетки-хозяина. Экстрацеллюлярный белок nef увеличивает миграцию моноцитов, тем самым, способствуя распространению по организму ВИЧ и прогрессированию болезни;

vif (virion infectivity factor) — кодируемый им белок необходим для образования функционально полноценных вирусов в определенных типах клеток на поздней стадии инфекции. Белок Vif включается в состав новых вирусов;

vpr — кодируемый им белок вызывает остановку клеточного цикла, способствует входу в ядро прединтеграционного комплекса. Vpr включается в новые вирусы в большом количестве, способен в некоторой степени усиливать экспрессию генов ВИЧ и нарушать экспрессию отдельных клеточных генов;

vpu для ВИЧ-1 (vpx для ВИЧ-2) — кодируемый им белок разрушает комплекс gp120/CD4; снижает экспрессию CD4; способствует высвобождению вируса; усиливает продукцию вируса, связывая цитоплазматический хвост молекулы CD4, пока она находится в эндоплазматическом ретикулуме, и тем самым посттрансляционно сокращает число рецепторов CD4 на поверхности клетки. В результате предотвращается захват Env в эндоплазматическом ретикулуме в комплексе с CD4. В природе не существует других диплоидных семейств ДНК или РНК-вирусов.

Схематично жизненный цикл ретровирусов включает связывание вириона с рецептором клетки хозяина, вход в клетку, затем следует обратное транскрибирование с последующей интеграцией с геномом хозяина. Проникновение в клетку определяется взаимодействием гликопротеина вириона и специфических рецепторов на клеточной поверхности, следствием чего является слияние вирусной оболочки и клеточной мембраны и эндоцитоз. Некоторые из клеточных рецепторов были идентифицированы (более подробно см. в подглаве 3.3). В проникновении ВИЧ в клетку принимают участие как минимум два рецептора: иммуноглобулин-подобный протеин с одним трансмембранным участком CD4 и хемокиновый рецептор, пронизывающий мембрану семь раз (CCR5 или CXCR4). Рецепторы для экотропных (Murine leukemia virus, MLV), амфотропных MLV и Gibbon are leukemia virus (GALV) связаны с участием в транспортировке небольших молекул и имеют сложную структуру с множественными трансмембранными доменами. Для вирусов лейкоза птиц (ALVs) идентифицировано два рецептора: для вирусов подгруппы А — небольшая молекула с одним трансмембранным доменом, отдаленно напоминающая клеточный рецептор для низкоплотностных липопротеинов, тогда как для вирусов подгруппы В — рецепторы семейства протеинов фактора некроза опухоли.

Репликация начинается с обратной транскрипции вирионной РНК в кДНК, с использованием 3’-конца тРНК в качестве праймера. Синтез кДНК сопровождается разрезанием вирусной РНК (за счет РНКазной активности обратной транскриптазы). Продукты гидролиза служат для первичного синтеза кДНК с негативной полярностью. Конечная форма двуспирального ДНК-транскрипта, образуемого из вирусного генома, содержит LTR, состоящие из последовательностей с 3’- и 5’-концов вирусной РНК, фланкирующих сиквенс (R), обнаруженный по обоим концам РНК. Процесс обратной транскрипции характеризуется высокой частотой рекомбинации.

Ретровирусная ДНК интегрируется в хромосомную ДНК клетки, образуя провирус, при участии вирусного протеина интегразы (IN). Ретровирусы имеют собственные «предпочтения» при интеграции в геном "своих" хозяев. Интеграционные сайты для ВИЧ обнаружены в основном в активных транскрипционных участках. Для MLV приблизительно 25 % интеграционных актов происходят вблизи сайтов старта транскрипции и ассоциируются с CpG-островками, тогда как интеграция в пределах транскрипционных участков происходит редко. Этот же вирус удачно интегрируется с хромосомной ДНК у гиперчувствительных к ДНКазе I сайтов (DNase I — hypersensitive sites). Для ASLV характерна «беспорядочность» в выборе сайтов интеграции. Основная роль в выборе сайта интеграции для ретровируса закреплена естественным отбором за интегразой. Этот белок связывается со специфическим белком в близи сайта интеграции, инициируя интеграцию провируса в определенный участок хромосомной ДНК (Lewinski M. K et al., 2006).

Карта интегрированного провируса колинеарна неинтегрированной вирусной ДНК. Интеграция предшествует вирусной репликации. Интегрированный провирус транскрибируется клеточной РНК полимеразой II в вирионную РНК и мРНК в ответ на транскрипционный сигнал в вирусных LTR. У вирусов некоторых родов транскрипция также регулируется вирусными трансактиваторами.

В зависимости от вируса и генетической карты различают несколько классов мРНК. мРНК, включающая весь геном, служит для трансляции генов gag, pro, pol (расположенных в 5’-половине РНК), продуктом которых является полипротеин-предшественник, разрезаемый до структурных протеинов, полимеразы, обратной транскриптазы и интегразы, соответственно. Меньшие РНК, включающие 5’-конец генома, после сплайсинга с сиквенсом 3’-конца генома, и включающие ген env, участки U3 и R, транслируются в предшественники оболочечных протеинов. У вирусов, содержащих дополнительные гены, может происходить другой сплайсинг, но все такие РНК будут иметь общий 5’-концевой сиквенс. Спумавирусы уникальны в том, что могут использовать внутренний промотор, расположенный в гене env выше доступа к рамке считывания. Большинство первично транслированных продуктов представляют собой полипротеины, подвергающиеся протеолитическому разрезанию для приобретения функциональной активности. Продукты генов gag, pro и pol обычно являются вторичными после первичной трансляции продуктов. Для трансляции pro и pol используются обходные трансляционные терминирующие сигналы.

Сборка капсида происходит либо на плазматической мембране (вирусы большинства родов), либо вирусные частицы собираются в цитоплазме (Betaretrovirus и Spumavirus), и высвобождаются из клетки почкованием. Полипротеиновый процессинг внутренних протеинов происходит попутно или последовательно с созреванием вириона.


Онкогенные ретровирусы (Oncovirinae) — для онковирусов в отличие от ретровирусов других подсемейств, характерна способность размножаться в клетке, не повреждая ее жизнеспособности. Они легко становятся эндогенными и передаются вертикально, подобно обычным клеточным генам. К ним относятся вирусы лейкоза грызунов (MuLV); кошек (FeLV) и птиц (ALV); вирусы, тропные к лимфоцитам Т у человека (HTVL-1 и HTVL-2); вирус саркомы шерстистых обезьян (SSV-1) и ряд других. Большинство из них обладают выраженным онкогенным и нейротропным действием. Детально вирусы подсемейства Oncovirinae исследованы еще в 1960-1970-х гг. (см. работу Альштейна А. Д., 1982).

Лентивирусы (Lentivirinae, «медленные вирусы») — в состав подсемейства входят экзогенные вирусы (с горизонтальной и вертикальной передачей) человека и многих других млекопитающих. О существовании родственных эндогенных вирусов сведений нет. Лентивирусы приматов отличаются по использованию хемокинового рецептора и протеина CD4. Некоторые группы проявляют перекрестную активность по антигенам Gag (лентивирусы овец, коз и кошек). Вирусы, родственные Feline immunodificiency virus (FIV), были выделены от других крупных кошачьих (например, Puma lentivirus), а наличие антител к антигену Gag у львов и других крупных кошачьих свидетельствует о существовании других вирусов, близких FIV и лентивирусам овец и коз. На основе различий по спектру восприимчивых хозяев лентивирусы были подразделены на 5 групп (лентивирусы приматов, овец и коз, лошадей, кошек и КРС). Внутри группы лентивирусов приматов HIV-1 отличается от HIV-2, прежде всего по дивергенции нуклеотидных сиквенсов, которая превышает 50 %, и по наличию у HIV-2 гена vpx (табл. 6).

Таблица 6. Семейство ретровирусов

Название вида вируса | Название на русском языке | № генома в | Аббревиатура

Группа лентивирусов КРС

Bovine immunodeficiency virus | Вирус иммунодефицита КРС | M32609 | BIV

Группа лентивирусов лошадей

Equine infectious anemia virus | Вирус инфекционной анемии лошадей | M16575 | EIAV

Группа лентивирусов кошек

Feline immunodeficiency virus (Petu) | Вирус иммунодефицита кошек (Петулума) | M25381 | FIV-P

Feline immunodeficiency virus(Oma) | Вирус иммунодефицита кошек (Ома) | FIU56928 | FIVO

Puma lentivirus (PLV-14) | Лентивирус пум (PLV-14) | PLU03982 | PLV

Группа лентивирусов овец и коз

Caprine arthritis encephalitis virus | Вирус артрита-энцефалита коз | M33677 | CAEV

Visna/Maedi virus (strain 1514) | Вирус Висна-Мэди (штамм 1514) | M60609 | VISNA

Группа лентивирусов приматов

Human immunodeficiency virus 1 Genomic clades of HIV-l, примеры: | ВИЧ-1 Генетические группы или clades HIV-1, примеры вирусов каждой группы | — | HIV-1

Clade A:U455 | — | М62320 | HIV–IHIV-1.U455

Clade B: ARV-2/SF-2 | — | К02007 | HIV-1.ARV-2/SF-2

BRU (LAI) | — | K02013 | HIV-l.BRU (LAI)

HXB2 | — | К03455 | HIV-1.HXB2

RF | — | М17451 | HIV-1.RF

MN | — | М17449 | HIV-1.MN

Clade С: ETH2220 | — | U460I6 | HIV-1.ETH2220

Clade D: NDK | — | М27323 | HIV–I.NDK

ELI | — | Х04414 | HIV-1.ELI

Clade F: 93BR020 | — | AF005494 | HIV-1.93BR020

Clade H: 9 °CR056 | — | AF005496 | HIV-1.9 °CR056

Clade 0: ANT70 | — | L20587 | HIV-1.ANT70

Human immunodeficiency virus 2 Genomic clades of HIV-2, примеры: | ВИЧ-2 Генетические группы или clades HIV-2, примеры вирусов каждой группы | — | HIV-2

Clade A: BEN | — | М30502 | HIV-2.BEN

ISY | — | J04498 | HIV-2.ISY

ROD | — | М15390 | HIV-2.ROD

ST | — | М31113 | HIV-2.ST

Clade B: D205 | — | Х61240 | HIV-2.D205

EHOA | — | U27200 | HTV-2.EHOA

UC1 | — | L07625 | HIV-2.UCI

Simian immunodeficiency virus | Вирус иммунодефицита обезьян (ВИО) | — | HIV-2

African green monkey (agm) SIVs | ВИО африканской зеленой мартышки | — | -

African green monkey TYO | ВИО африканской зеленой мартышки TYO | Х07805 | SIV-agm.TYO

African green monkey 155 | ВИО африканской зеленой мартышки 155 | М29975 | SIV-agm.155

African green monkey 3 | ВИО африканской зеленой мартышки 3 | М30931 | SIV-agm.3

African green monkey gr-1 | ВИО африканской зеленой мартышки gr-1 | М58410 | SIV-agm.gr

African green monkey Sab-1 | ВИО африканской зеленой мартышки Sab-1 | U04005 | SIV-agm.sab

African green monkey Tan-1 | ВИО африканской зеленой мартышки Tan-1 | U5899I | SIV-agm.tan

chimpanzee SIV | ВИО шимпанзе | Х52154 | SIV-cpz

mandrill SIV | ВИО мандрилл | М27470 | SIV-mnd

red-capped mangabey SIV | ВИО красношапочного мангабея | AF028607 | SlV-rcm

sooty mangabey SfV-H4 | ВИО-Н4 темно-коричневого мангобея | Х14307 | SIV-sm

*[9]pig-tailed macaque | ВИО свинохвостых макак | М32741 | SIV-mne

*Rhesus (Maccaca mulatta) | ВИО макак резус | М195499 | SIV-mac

*stamp-tailed macaque (stm) | ВИО медвежьих макак | М83293 | SIV-stm

sykes monkey SIV | ВИО белогорлых обезьян | L06042 | SIV-syk



Геномы лентивирусов содержат множество дополнительных генов, необходимых для способности к инфицированию и репликации. Лентивирусы отличает их способность реплицироваться в неделящихся клетках, например в покоящихся CD+4 T-клетках и макрофагах (см. подглаву 3.3). Большинство лентивирусов ассоциируются с различными болезнями, включая иммунодефициты, нейрологические нарушения, артриты и др. Патология пока не описана у крупнорогатого скота, инфицированного BIV. Онкоген-вирусов среди представителей подсемейства нет. Нейротропность лентивирусов касается в основном клеток, происходящих из костного мозга, таких, как микроглия и макрофаги, в то время как астроциты и эндотелиальные клетки, очевидно, инфицируются в гораздо меньшей степени. Эволюционная взаимосвязь лентивирусов приматов показана на рис. 19.

Рис. 19. Эволюционная взаимосвязь между лентивирусами приматов, основанная на филогенетическом анализе полной последовательности белка Pol

Последовательности этих белков лентивирусов, инфицирующих африканских приматов, показаны черным цветом. Недавняя перекрестно-специфическая множественная передача в оригинальном тексте выделена красным цветом; в данной книге — это ветви, идущие по направлениям к ВИЧ-2 от темно-коричневого мангобея (sooty mangabeys); и к ВИЧ-1 (O, N и М групп) от шимпанзе. AGM — африканские зеленые обезьяны; RCM — красношапочные мангобеи (по Muller V. и De Boer R. J., 2006).


С помощью филогенетического анализа нуклеотидных последовательностей генома ВИЧ-1 были выделены несколько подтипов вируса — A, B, C, D, E, F, G, H, J и K, и три группы — M (main — главная), которая включает большинство подтипов, O (outlier — обособленная) и N (ни M, ни O). Разные подтипы преобладают в определенных географических районах. Например, подтип B составляет подавляющее большинство штаммов вируса в Северной Америке и преобладает в Европе и Австралии. Подтип A, наиболее гетерогенный, преобладает в Западной Африке, подтип D — в Центральной Африке, подтип С обнаруживается в основном в Южной Африке и полуострове Индостан, подтип E преобладает в Таиланде и соседних с ним странах. Существуют рекомбинантные вирусы, примером которых служит подтип E. Из вирусов, циркулирующих у животных, к ВИЧ-1 ближе всего вирус иммунодефицита обезьян, обнаруженный у шимпанзе (SIVcpz) (Захнер С., 2004).

«Пенящиеся вирусы» (Spumavirinae) — особенностью вирусов этого подсемейства является их способность вызывать своеобразный цитопатический эффект, проявляющийся слиянием клеток. Культура клеток выглядит как бы вспененной, отсюда их название — «пенящиеся». Вирусы распространены повсеместно, экзогенные, найдены у многих млекопитающих. В 1960-1970-х гг. вирусы этого подсемейства выделены от обезьян, человека, кошки, хомяка, быка и др. Есть данные о существовании родственных (но не близких) эндогенных вирусов. Хотя в природных условиях вирус spuma редко вызывает болезнь у своих хозяев, но он способен вызывать нейродегенерацию, будучи экспрессированным как трансген у мышей, и может инфицировать разные виды млекопитающих, в том числе людей. Естественного инфицирования людей не зарегистрировано, отмечались редкие случаи заражения людей от нечеловекообразных обезьян. Замечена их способность контаминировать вакцины, изготовляемые на основе культур клеток почки обезьяны и других видов животных. Отношения спумавирусов к какой-то известной патологии пока не установлено, в тоже время надо понимать и то, что они существуют благодаря ресурсам клетки.

Инфицированность лентивирусами диких животных. В рамках медицинской науки мы воспринимаем пандемию ВИЧ/СПИДа антропоцентрически, вне контекста распространения лентивирусов среди животных, обитающих в естественных условиях. Вроде как это должно интересовать только ветеринарных специалистов и то в аспекте заноса возбудителей лентивирусных инфекций из их резервуаров среди диких животных в популяции домашних. Однако если мы посмотрим на оба процесса с точки зрения времени и места их возникновения, то обнаружим любопытные совпадения, свидетельствующие в пользу существования еще неоткрытых и непростых природных явлений.

Во-первых, азиатские виды диких приматов Старого Света (Colobines и макаки), так же как и отдельные африканские виды (бабуины), не являются носителями специфических SIV. Это позволило Sharp P. M. et al. (2000) утверждать, что появление данного лентивируса среди приматов произошло из источника, не имеющего отношения к приматам и уже после их дивергенции на современные виды. Хотя шимпанзе и была показана как резервуар SIV, нет данных, демонстрирующих то, что SIVcpz коэволюционировал с этим хозяином (Prince A. M. et al., 2002; Santiago M. L. et al., 2002). Шимпанзе инфицированы SIVcpz уже после его дивергенции в самостоятельный вид (Sharp P. M. et al., 2005).


Во-вторых, лентивирусные инфекции среди животных (кошачьи, приматы) в Центральной Африке распространились в те же сроки, что и ВИЧ среди людей. Исследования сывороток сотен африканских зеленых обезьян (african green monkeys, AGMs), выполненные в 1990-х гг. показали, что от 40 до 50 % их популяций, обитающих в различных регионах Центральной Африки, инфицировано SIVagm. Интересно, что сероэпидемические исследования африканских зеленых обезьян, завезенных на Карибские острова в XVII и XVIII столетиях, не выявили ни одного случая их инфицированости SIV, т. е. этот лентивирус не циркулировал среди приматов Центральной Африки, по крайней мере, еще два столетия назад (Woude S. V., Apetrei C., 2006).

В третьих, лентивирусные инфекции могут быть эндемичны для отдельных территорий и проживающих на них видов млекопитающих. Например, львы, обитающие в национальном парке Серенгети (Serengeti, Танзания), почти на 100 % FIV-серопозитивны, и среди них уже выявляются особи с иммунодефицитом и энцефалопатиями. Но львы в котловине Этош (Etosha Pan, Намибия) почти все серонегативны (Spencer J. A. et al., 1992; Brown E. W. et al., 1994). Исследование инфицированности SIV антроморфных приматов (anthromorhic primate или great apes) показало носительство SIVcpz только у двух видов шимпанзе (Pan troglodytes troglodytes и P. t. schweinfurthic), обитающих в Восточной Центральной Африке. Не завершились успехом интенсивные поиски серопозитивных особей среди шимпанзе Восточной Африки (P. t. verus или P. t. vellorosus) (Switzer W. M. et al., 2005).

В четвертых, лентивирусная инфекция у живущих в природных условиях приматов и львов потенциально способна перейти в стадию СПИДа, но клинические проявления болезни встречаются редко и только тогда, когда животное инфицировано период времени, превышающий среднюю продолжительность его жизни в естественных условиях. У приматов развитие СПИДа обычно стимулируется возбудителем другой инфекционной болезни, например проказы или Т-клеточного лейкоза (Woude S.V., Apetrei C., 2006).

Таким образом, лентивирусные инфекции являются сравнительно новым явлением не только для человека, но и для приматов и кошачьих. Первоначально они были локализованы в строго определенных географических регионах. И, видимо, существуют какие-то природные факторы, воздействие которых на еще неизвестные первичные природные очаги этих вирусов приводит к их одновременной активизации (см. ниже «Реинтеграция и реинфекция ретровирусов»).

Непатогенная инфекция у темно-коричневых мангобеев. Термин (nonpathogenic infection) предложен V. Muller, R. De Boer (2006) для описания необычного инфекционного процесса, вызываемого SIV у темно-коричневых мангобеев (sooty mangabeys). Развитие SIV-инфекции у этих приматов не приводит к поражению клеток иммунной системы, хотя сопровождается почти такой же вирусной нагрузкой, что и ВИЧ-инфекция у людей. Отсюда можно сделать два важных вывода.


Первый — вирулентность ВИЧ не является результатом его массивной репликации в инфицированном хозяине, а прямые метаболические затраты хозяина на репликацию ВИЧ не достаточны для провоцирования болезни.

Второй — темно-коричневые мангобеи избегают развития болезни не путем контроля над репликацией ретровируса, а отсутствием выраженной реакции на вирус со стороны их иммунной системы (Silvestri G. et al., 2003).

Однако феномен взаимодействия SIV и темно-коричневых мангобеев не является закономерностью в коэволюции ретровирусов и приматов, скорее всего описанное явление — «исключение из правил», за которое было заплачено неизвестным нам количеством вымерших «по правилам» видов приматов. SIV вызывает инфекцию у шимпанзе, очень схожую с ВИЧ-инфекцией у людей, и приводит их к гибели. Поэтому попытки объяснить этот феномен применительно к темно-коричневым мангобеям предпринимались неоднократно.

Несколько лет тому назад S. Norley et al. (1999) предположили, что относительная иммунологическая толерантность к SIV у темно-коричневых мангобеев вызвана экспрессией гена гликопротеина Gag эндогенного ретровирусного элемента.

V. Muller и R. De Boer (2006) не нашли в геноме темно-коричневых мангобеев «следов» лентивирусного происхождения, которые бы ясно свидетельствовали об их происхождении из SIV. Такой результат был ими ожидаем, так как геном этого вида приматов изучен значительно хуже, чем геном человека или шимпанзе. Но ни человек, ни шимпанзе не являются природными хозяевами SIV, поэтому сведения об их нуклеотидных последовательностях мало применимы для интерпретации результатов полученных у темно-коричневых мангобеев.

V. Muller и De Boer (2006) считают, что SIV в виде провируса интегрирует в зародышевую линию темно-коричневых мангобеев, которая способна к экспрессии во время негативной селекции Т-клеток в тимусе и В-клеток в костном мозге. Оба процесса приводят к элиминации клеток, способных узнавать собственные антигены (более подробно о механизмах «созревания» Т- и В-клеток см. в монографии Галактионова В. Г., 2005), в результате иммунная система перестает реагировать на репликацию SIV. В качестве подтверждения своей гипотезы они ссылаются на работу I. Ferrero et al. (1997), показавших развитие Т-толерантности иммунной системы к эндогенному вирусу рака молочных желез мышей (endogenous mouse mammary tumour virus) из-за его экспрессии в тимусе; и работу J. L. Bracy и J. Iacomini (2000), продемонстрировавших возможность индукции В-клеточной толерантности у мышей посредством экспрессии в клетках их костного мозга трансдуцированных ретровирусных генов. Феномена «непатогенной инфекции», подобного наблюдаемому у темно-коричневых мангобеев, у людей пока не установлено.

Реинтеграция и реинфекция ретровирусов. Эти взаимодополняющие друг друга процессы лежат в основе распространения экзогенных и эндогенных ретровирусов по геному любого эукариотического вида. Высокая скорость эволюции экзогенных ретровирусов и относительно медленная скорость эволюции геномной провирусной ДНК (примерно в 104 раз медленнее; Shih A., et al., 1991), должны проявляться серьезными различиями в нуклеотидном составе экзогенных и эндогенных ретровирусов. Однако для некоторых их семейств такие различия показать не удалось, что свидетельствует в пользу двух гипотез:

1) относительно «недавнего» появления инфекционных (экзогенных) ретровирусов из их эндогенных двойников и о существовании определенной цикличности в поддержании отдельных ретровирусных семейств;

2) возможности многократного проникновения экзогенных ретровирусов в популяции приматов (и, разумеется, других позвоночных) из каких-то неизвестных природных резервуаров, способных поддерживать экзогенные ретровирусы миллионы лет.

Первая гипотеза имеет много сторонников, опирающихся на сравнительные данные по возрастным отличиям отдельных белков экзогенных и эндогенных ретровирусов, она приводится ниже. Вторая выдвинута мной из-за того, что не все данные по эволюционной истории ретровирусов можно объяснить в рамках первой гипотезы. Более подробно она приведена в подглаве 2.2 «Ретровирусы».

Существует высокая вероятность того, что ретротранспозоны периодически формируют инфекционные ретровирусы. Для этого у них имеются две возможности:

1) приобретение посредством неправильной рекомбинации (illegitimate recombination) генов, кодирующих вирусную оболочку;

2) рекомбинация с другими эндогенными вирусами. В истории основных линий эндогенных ретровирусов обычно удается проследить внешнюю, «транзиторную фазу» (transitory external phase). Данная гипотеза основана на анализе филогенетических деревьев оболочечных белков различных эндогенных и экзогенных ретровирусов (Doolittle R. F. et al., 1989).

Наличие «внешней фазы» у жизненного цикла эндогенных ретровирусов приматов подтверждено наблюдением над эволюцией многих семейств ERV. Недавно описано семейство ERV-F(c), представляющее собой «расширение» семейства ERV-F/H. Геном человека включает только 6 вставок HERV-Fc, среди которых две имеют полноразмерные гены вирусной оболочки. Дальнейшее сравнение выявленного эндогенного вируса с аналогичными вирусами у других приматов показало, что провирус ERV-F(с) является эндогенным «следом» ретровирусных элементов, активных как экзогенные ретровирусы с низкой способностью к эндогенизации (endogeneization potency). Были получены доказательства его реинтеграции с геномом приматов в два различных периода их эволюции (Benit L. et al., 2003).

Эндогенный ретровирус семейства ERV9 также неоднократно вовлекался в процесс эволюции приматов, затем его транспозиционная активность обрывалась. Первые представители семейства ERV9 (линия А) «проникли» в геном предков нынешних приматов Старого Света уже после разделения континента Гондваны (Gondwanaland), т. е. около 38 млн лет назад. Наиболее активно экспансия ERV9 по геному приматов осуществлялась в период их дивергенции от гиббонов на высшие виды обезьян (16—6 млн лет назад). В период 8–6 млн млн лет назад семейство ERV9 наиболее интенсивно пролиферировало по геному вида, предкового для человека и шимпанзе (см. рис. 4 Б). Затем пролиферация ERV9 остановилась. Как фактор эволюции генома приматов это семейство транспозируемых элементов перестало существовать. В геноме человека сохранились более сотни дефектных ERV9 и, по крайней мере, 4 тыс. одиночных длинных терминальных повтора (solitary LTRs), возникших благодаря гомологичной рекомбинации между 5’- и 3’-LTR полноразмерных ERV9, рассеянных по геному приматов в эволюционном прошлом (Lopez-Sanchez P. et al., 2005).

Как противоположность ретровирусам, имеющим экзогенные и эндогенные аналоги, было описано семейство без гена env — ERV–L (Benit et al., 1999), а следовательно, и без экзогенный фазы в своей эволюционной истории. По примеру других ретроэлементов семейство можно реклассифицировать в группу ретротранспозонов, если бы не следующее обстоятельство. Семейство имеет до 200 копий в геноме человека и мышей. Анализ его филогенетического древа, основанного на гене RT (reverse transcriptase, обратная транскриптаза), показал возможность утраты гена env в прошлом, и реинфекцию и вторичную интеграцию ERV–L в геном млекопитающих в виде полноценного провирусного элемента (Lopez-Sanchez P. et al., 2005).

Эндогенные ретровирусы обнаружены почти у каждого позвоночного вида. Но что касается HERV, то только два их семейства были выявлены в геноме других позвоночных, помимо приматов. Это семейства HERV–L у мышей, кроликов, собак, кошек (общий предок около 100 млн лет); и HERV–I у птиц, рептилий и рыб (общий предок около 400 млн лет) (Martin et al., 1997; Benit et al., 1999). Большинство же из инфицированных HERV зародышевых линий приматов появились в период от 20 до 40 млн лет назад (после разделения приматов Нового и Старого Света). Последующие взрывы реинтеграции/амплификации HERV в эволюции приматов были менее протяженными. Следовательно, участие HERV в эволюции приматов более ограничено по времени, чем его занимали других ретроэлементы, представленные в геноме человека. Например, LINE и SINE обнаружены почти во всех эукариотических линиях и до сих пор показывают признаки активности (см. подглаву 1.2).

Эндогенные ретровирусы имеют не только внешнюю, «транзиторную фазу», но и способны пролиферировать среди клеток зародышевой линии. Скорость такого процесса по восприятию времени человеком настолько мала, что сам факт пролиферирующей активности эндогенных ретровирусов можно установить по соотношению несинонимичных и синонимичных замен нуклеотидов отдельных генов (dN/dS). Дело тут в следующем. Количество копий эндогенных ретровирусов в пределах зародышевой линии может увеличиваться и без их репликации. Для этого существуют два альтернативных механизма: 1) ретротранспозицией в cis — когда вирусы используют собственные гены белков для мобилизации; они копируют сами себя и вставляются в новые участки хромосомы в пределах той же клетки, без обычной для ретровирусов экстрацеллюлярной фазы жизненного цикла (см. «Структура и цикл жизни ретровирусов»); 2) через комплементацию в trans, когда белки, необходимые для пролиферации вирусов, добавляются другими эндогенными и экзогенными вирусами. Ретротранспозиция в cis не требует интактного гена env (он необходим вирусу для перемещения за пределы клетки); комплементация в trans не нуждается в наличии у эндогенного ретровируса функционирующих генов. Достаточно чтобы он имел промотор и другие «мотивы» для экспрессии и упаковки РНК. Пролиферация эндогенных ретровирусов посредством таких механизмов приводит к накоплению в их геноме большого количества мутаций и стоп-кодонов (Belshaw R. et al., 2004).

Эти изменения почти не затронули «вернувшийся» в геном приматов Старого Света 6 млн лет назад эндогенный ретровирус HERV-K(HML-2). Семейство HERV-K(HML-2) впервые интегрировалось с геномом приматов около 30 млн лет назад. Отдельные провирусы, сохранившиеся с первого «пришествия» семейства в геном приматов, у человека сегодня напоминают о себе вирусоподобными частицами, продуцируемыми клетками злокачественной опухоли — тератокарциномы (human teratocarcinoma cells). Семейство вновь инфицировало зародышевую линию человека 100 тыс. лет назад (HERV-K113) уже в качестве экзогенных ретровирусов (Turner et al., 2001). Однако оно еще не «охватило» весь вид Homo sapiens. В геноме многих людей находят пустые сайты интеграции этого ретровируса (Belshaw R. et al., 2005) (см. подглаву 1.2 «Эволюционная роль HERV-K»).

HERV-K(HML-2) содержат неповрежденные открытые рамки считывания почти во всех генах, включая env. У них низкое соотношение несинонимичных и синонимичных замен (dN/dS). Эти находки указывают на постоянную селекцию интактных генов белков HERV-K(HML-2) и на то, что HERV-K(HML-2) увеличивали количество своих копий преимущественно через реинфекцию, а не через ретротранспозицию в cis или комплементацию в trans.

Y. N. Lee et al. (2007) попытались воспроизвести инфекционный провирус HERV-K(HML-2). Для определения способности структурных белков и ферментов, закодированных в геноме HERV-K, «собирать» ретровирусоподобные частицы, ими были сконструированы плазмиды, экспрессирующие Gag, Gag-PR и Gag-PR-Pol. Геном HERV-K имеет необычный нуклеотидный состав, в котором много кодонов, кодирующих аденин (A-rich). Такая особенность генома лентивирусов характерна для ВИЧ-1 и приводит к тому, что не полностью спласингсированные транскрипты мРНК ВИЧ-1 удерживаются в ядре клетке. Их экспорт в цитоплазму достигается благодаря экспрессии гена Rev. HERV-K кодирует функционально ортологичный Rev-протеин, названный Krev (или Rec), медиирующий экспорт РНК HERV-K из ядра в цитоплазму клетки (Magin C. et al., 2000). Поэтому клонирование и экспрессия генов HERV-K в культуре клеток 293Т были осуществлены с помощью ранее разработанного V. Zennou et al. (2004) вектора pCRV1.

Первоначально Y. N. Lee et al. (2007) для получения инфекционного ретровируса был использован HERV-K-К113, имеющий интактные открытые рамки считывания для вирусных белков (за исключением одного гена) и считающийся сегодня самым «молодым» среди эндогенных ретровирусов HML-2 (см. подглаву 1.2 «Эволюционная роль HERV-K»). Однако плазмиды, сконструированные на основе генов этого провируса, плохо их экспрессировали в культурах клеток и вирусные частицы не образовывались. Тогда исследователи пришли к выводу, что относительная «молодость» эндогенного ретровируса еще не гарантирует экспрессии всех его генов. Они отобрали группу из 10 вирусов, имевших дефекты, по крайней мере, в одном структурном гене, и установили консенсусные последовательности каждого гена. Синтезированный вирус с такой последовательностью нуклеотидов они назвали HERV-KCON. На построенном филогенетическом древе HERV-KCON занимает место, соответствующее предковой последовательности HERV-K, интегрировавшегося с геномом гоминид 6 млн лет назад (рис. 20).

Рис. 20. Синтезированный вирус HERV-KCON

А — схематическое изображение провируса HERV-K. Открытые рамки считывания изображены прямоугольниками. Под ними приведен список ретровирусов, чьи нуклеотидные последовательности были использованы для установления консенсусных последовательностей структурных генов HERV-KCON; Б — филогенетическое древо этого семейства; В — электронные микрофотографии ретровирусных частиц HERV-KCON, образовавшихся в культуре клеток 293Т. Сборка вирусных частиц происходит на плазматической мембране клетки (Lee Y. N. et al., 2007); Г — более детальное схематическое изображение структуры генома интегрировавшегося с ДНК хромосомы человека эндогенного ретровируса K108, принадлежащего к семейству HERV-K(HML-2). LTR включает три домена: U3, R и U5. Провирус содержит 5 генов: классический gag (кодирующий протеина кора вируса), prt (кодирует протеазу), pol (кодирует обратную транскриптазу, RNAseH, интеграза), env (кодирует белок оболочки вируса) и вспомогательный ген cORF/Rec, функционально эквивалентный адаптерным белкам ядерного экспорта — Rev у ВИЧ и Rex у вируса Т-клеточной лейкемии, но отличающийся от них сайтом связывания. Гены env и cORF белков транслируются со сплайсированных транскриптов, которые соответствуют участку: сайт донора сплайсинга (splice donor, SD) — сайт акцептора сплайсинга (splice acceptor, SA); PBS (primer binding site) — праймерсвязывающий сайт;? — пакующий сигнал; PPT (polypurine tract) — полипуриновый тракт РНК (используется обратной транскриптазой для инициации плюс-цепи ДНК). По N. de Parseval и T. Heidmann (2005).


Попарное сравнение нуклеотидных последовательностей десяти провирусов позволило установить основные различия по нуклеотидам между каждым из провирусов и HERV-KCON. Они заключались либо в замене G-на-A, либо C-на-T, или vice versa. Эта находка указывает на возможную роль цитидиндеаминазы (cytidine deaminases) в эволюции HERV-K у людей и на ее возможное участие в инактивации провирусов. Эксперименты Y. N. Lee et al. (2007) показали, что геном HERV-KCON содержит все функциональные компоненты, необходимые для осуществления им полного цикла ретровирусной репликации.

В дальнейших экспериментах ими установлено, что HERV-KCON оказался способен образовать псевдотипные частицы с ВИЧ-1 и вызывать их проникновение в линии клеток человека. На основе анализа генома эндогенных ретровирусов HERV-K (HML-2) и собственных экспериментальных данных, Y. N. Lee et al. (2007) сделали вывод о существовании пока неизвестных механизмов активации эндогенных ретровирусов, позволяющих им реинфицировать людей и сегодня. Они предположили возможность существования штаммов HERV-K в еще не идентифицированных репликационно-активных формах у отдельных людей и/или в их изолированных популяциях.

Независимо от Y. N. Lee et al. (2007), Contreras-Galindo R. et al. (2006) обнаружили, что dN/dS гена белка env HERV-K(HML-2) меньше единицы, что предполагает распространение этого эндогенного ретровируса через реинфицирование и способность этого семейства кодировать инфекционные вирусные частицы. Они также пришли к выводу о том, что РНК-рекомбинация эффективно удаляет мутировавшие аллели HERV-K через рекомбинацию с интактными участками различных геномов.

Коинфекция. Экзогенные и эндогенные ретровирусы взаимодействуют между собой в инфицированных клетках, но этот процесс еще плохо изучен. Например, по данным Contreras-Galindo R. et al. (2007), у ВИЧ-инфицированных больных раком появляются антитела к антигенам HERV-K, а экспрессия белков HERV-K приводит к цитотоксическим ответам Т-клеток. Эти же авторы в экспериментах в условиях in vitro показали, что ВИЧ-1 увеличивает экспрессию РНК HERV-K дозозависимым образом, и что экспрессия HERV-K в CD4(+) в Т-клетках ВИЧ-инфицированных пациентов выше, чем в контроле (см. также подглаву 3.3).

%%%

Эукариотические виды существуют, эволюционируют и исчезают в тесном ретровирусном «объятии». Для Природы является нормой постоянная или периодически возникающая инфицированность какой-то части любого многоклеточного вида репликационно-активными ретровирусами. Границы между эндогенными и экзогенными ретровирусами (например, HERV-K-К113 и ВИЧ) можно провести только на момент времени, воспринимаемый человеком. По мере масштабирования времени в пределы, вмещающие геологические эпохи, границы между эдогенными и экзогенными ретровирусами становятся менее ясными. Пандемии ретровирусных инфекций представляют собой «слоеный пирог». Его самый «верхний слой» составляют ретровирусы, активно размножающиеся в цитоплазме клеток хозяина (например, ВИЧ). Самый «нижний» представлен репликационно-активными формами эндогенных ретровирусов (семейство HERV-K-К113). «Слои» «переложены» экзонами и интронами генов, ретротранспозируемыми и регуляторными элементами, псевдогенами и другими последовательностями генома хозяина. Раскрытие взаимоотношений между ними составит основное содержание генетики на ближайшие десятилетия. Наше собственное место в Природе, особенно в сравнении с тем, которое занимают там ретровирусы, невелико. Пока мы не знаем с какой частотой происходила эндогенизация ретровирусов HERV-K (HML-2) в геноме древних гоминоидов и человека, и не можем предполагать такую возможность для ВИЧ. Но уже очевидно то, что ВИЧ/СПИД-пандемия не является обычной пандемией, вызванной проникновением в человеческие популяции нового вируса. Она «верхушка» более сложного природного явления — эволюционного процесса, который из-за нашего ощущения времени представляется нам в маске инфекционного. В эволюции гоминоидов неспособные к эндогенизаци экзогенные ретровирусы играют роль фактора терминации исходных и промежуточных видов. Тем самым они снижают заполнение экологических ниш для новых доминирующих видов, появившихся в результате активности HERV-K (HML-2) и других транспозируемых элементов генома (см. подглаву 1.2), например, по механизму симпатрического видообразования.

ГЛАВА 2 ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЕ ПАРАЗИТЫ И СИМБИОНТЫ МНОГОКЛЕТОЧНЫХ ОРГАНИЗМОВ

Недооценка эпидемиологами сложности мира микроорганизмов распространяется ими и на мир одноклеточных животных (Protozoa). Естественный отбор действует на основе «принципа экономии генов». Поэтому «пропущенные» и «оптимизированные» им «простые структуры» входят в состав «более сложных» на последующих этапах эволюции. Они как кирпичи, сооружения из которых можно разбирать и строить уже по другому замыслу. Для нас, как биологического вида, пытающегося приспособить окружающую среду «под себя», должно быть весьма интересным то обстоятельство, что появившиеся 500–600 млн лет назад многоклеточные формы жизни имели за собой не менее 3,9 млрд лет эволюции одноклеточных организмов и уже сложившиеся взаимоотношения между существовавшими в этом мире хозяевами и паразитами.

2.1. Первичный резервуар патогенных для человека микроорганизмов

Предыстория проблемы. Простейшие и их паразиты. Границы феномена сапронозного существования патогенных для людей микроорганизмов. Предадаптация к макрофагам. Исторические свидетельства.


Для прорывов в науке важно уметь выявлять артефакты, т. е. отдельные природные явления, не укладывающиеся в общепринятые научные представления. Собственно задачей ученого и является выявление таких артефактов и затем их объяснение. Но по сложившейся в науке практике в этом случае он рискует нажить себе много неприятностей, и, прежде всего, обвинений в «ненаучности». Чем банальней «научность», тем меньше, к сожалению, она вызывает к себе критическое отношение ученых. Однако если артефакт существует в объективной реальности, он неизбежно обвалит господствующую концепцию при дальнейшем совершенствовании методологии исследований. Ниже мы очень кратко рассмотрим ряд таких артефактов, меняющих наши представления о первичных резервуарах возбудителей опасных болезней человека, важных уже с точки зрения планирования противоэпидемических мероприятий, но одновременно необходимых и для понимания роли иммунной системы позвоночных в распространении ретровирусов.

Предыстория проблемы. Выдающийся немецкий гигиенист Макс Петтенкофер (Pettenkofer Max, 1818–1901) известен еще и тем, что решительно возражал против ведущей роли «заноса» микробного фактора в этиологии холеры как пандемической болезни. По Петтенкоферу, если холерный зародыш обозначить буквой X, а благоприятную для его развития почву буквой Y, а происходящий от их взаимодействия яд буквой Z, то ни X, ни Y не могут сами по себе вызывать холеру, а только один Z, т. е. яд. При этом специфическая природа яда определяется специфическим зародышем, а количество яда свойствами почвы. Благоприятной для развития яда, по мнению Петтенкофера, была почва, в верхних своих слоях пористая и проницаемая для воздуха и воды, и загрязненная в то же время отбросами органических веществ. Если холерный зародыш заносится в такую местность, где почва обладает данными свойствами, то он начинает созревать, обусловливая эпидемическое развитие болезни. Напротив, в тех местностях, где почва не обладает упомянутыми свойствами, занесение холерного зародыша не ведет к дальнейшему распространению болезни (Петтенкофер М., 1885).

Направление в эпидемиологии, связывающее развитие эпидемических болезней со свойствами почвы, называлось тогда локализмом. Петтенкофер не был ни голословен, ни одинок в своих взглядах.

Один из последователей Петтенкофера в России, профессор Казанского университета Н. К. Щепотьев (1884), исследуя географию появления вспышек чумы в Астраханской области, пришел к выводу, что для объяснения эпидемического распространения чумы «еще недостаточно одной переносчивости ее». По его наблюдениям, существуют местности, в которые чума не заносится никогда и ни при каких обстоятельствах. Для развития же эпидемии необходимо временное и местное появление еще особого фактора, независимого от чумного агента. Только с появлением этого фактора открывается возможность чумному агенту фиксироваться, развиваться и существовать в данной местности. С исчезновением этого фактора исчезает и чума; а чумный агент, выделенный больными организмами, быстро разрушается. Фактор должен иметь в различное время различную степень интенсивности и экстенсивности. Разность поражения чумой одной и той же местности в различные годы и в различные месяцы одного и того же года обусловливается именно различной степенью напряженности действия этого неизвестного фактора. Его природа определяется «совокупностью наблюдения над движением и развитием эпидемий». Щепотьев считал, что развитие чумного агента зависит от теплоты и влажности почвы. Какой-то еще не распознанный продукт разложения органических веществ почвы, образовавшийся под влиянием определенных физико-химических процессов, и составляет фактор X, столь необходимый для эпидемического развития чумы (Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006).

К числу сторонников Петтенкофера относился знаменитый патолог того времени Р. Вирхов (Virchow; 1821–1902). Но в конечном итоге его взгляды на доминирующую роль неизвестных науке факторов почвы (Y) в развитии эпидемий большая часть ученых проигнорировала. После открытия микроорганизмов — возбудителей инфекционных болезней — «вес» набирало другое направление, контагионистическое (Р. Кох, Г. Гафки и др.), видевшее только в контактной передаче микроорганизмов причину возникновения инфекционных болезней у людей. Бактерии прекрасно «состыковывались» со средневековым учением о контагии. Но теперь стало ясно, что это живой организм (contagium vivum), а не «яд», и что его можно получать в большом количестве и изучать в лабораторных условиях. У ученых появилась новая положительная мотивация — возможность разрабатывать вакцины, сыворотки, диагностические препараты и пр., и никто не обязан был верить теоретическим выкладкам ученого — реликта добактериологической эпохи. Сам Петтенкофер окончил жизнь самоубийством, а его фамилия в бактериологии стала нарицательной и упоминалась в ХХ столетии лишь в связи со случаем, когда он, чтобы доказать непричастность холерных вибрионов к холерным эпидемиям, выпил холерную культуру. В общем, был такой ретроград — Макс Петтенкофер, не верил в очевидное, в то, что холерные пандемии вызываются холерным вибрионом, тем и запомнился.

Причина научного поражения Петтенкофера и других локалистов заключалась не в отсутствии у них аргументов своей правоты, с этим все обстояло скорее наоборот (см. «Исторические свидетельства»). Как правило, локалисты представляли своим оппонентам обширные и убедительные описания эпидемических процессов и примеры медицинской статистики. Читатель может найти некоторые из них в книге Ф. Ф. Эрисмана (1893) и убедиться в том, что сегодня на таком уровне эпидемиологический анализ уже не проводят. Дело тут было в используемой локалистами методологии — они не могли инструментально продемонстрировать факторы Х, Y и Z. Их взгляды на эпидемический процесс на фоне достижений бурно развивающейся тогда медицинской бактериологии стали выглядеть умозрительными, а обнаруженные особенности таких процессов, необъяснимые как передача «контагия», считаться артефактами. И вообще в эпидемиологии с открытием микроорганизмов — возбудителей инфекционных болезней — все стало как бы понятно и ясно. Поэтому локалистические представления подверглись не опровержению, а забвению, как уже ненужные. А микроорганизмы, возбудители инфекционных болезней людей и животных, отдельные авторы до конца 1930-х гг. продолжали называть контагиями.

Для контагионистов различия в условиях существования микроорганизмов в естественных условиях и в питательном бульоне в лаборатории, носили лишь количественный характер (концентрация и соотношение питательных веществ, температура среды, содержание кислорода и т. п.). В рамках этого подхода для них не существовало методических ограничений еще почти 100 лет. Методический уровень бактериологии, необходимый для экспериментального обоснования экологических позиций локалистов и позволяющий изучать патогенные для людей микроорганизмы в водных и почвенных экосистемах, не был достигнут не только в конце ХIХ столетия, но и почти на всем протяжении двадцатого.

Оставшись без оппонентов, ученые-контагионисты уже не стремились искать иные причины появления эпидемий и пандемий инфекционных болезней вне общих рассуждений о возможности «заноса» их возбудителей-контагиев. Эпидемиологи, сами того не подозревая, вернулись к взглядам средневековых врачей где-то времен после «черной смерти» (1346–1351). С конца XIX столетия в эпидемиологии и микробиологии господствуют антропоцентристские представления о причинах существования в природе патогенных микроорганизмов. Они очень просты и хорошо запоминаются студентами — все патогенные микроорганизмы поддерживаются в природе дикими животными и от них передаются людям, а затем распространяются между людьми. Когда реальная эпидемиология инфекционной болезни не вписывалась в эту схему, ее просто придумывали.

«Выдающимися» примерами такого подхода стали объяснения холерных пандемий заносом больными холерного вибриона из холерных местностей и возрождение раннесредневековых взглядов на эпидемиологию чумы, как на болезнь, распространяемую кораблями. Правда, теперь роль переносчика «чумного контагия» играли не вещи больных чумой, а инфицированные крысы.

Нельзя утверждать, что противоречий и «пробелов» в этих представлениях никто не замечал. Артефакты накапливались и требовали объяснения. Еще в 1956 г. W. Drozanski описал облигатные внутриклеточные паразиты свободно живущих амеб. Тогда эти микроорганизмы назвали Sarcobiumlyticum, но в последствии было установлено, что они относятся к опасному для людей семейству бактерий Legionella и их реклассифицитовали. Сегодня они известны как Legionellalytica. В 1958 г. В. И. Терских на основе своих наблюдений заново обосновал положение о том, что внешняя среда может служить средой обитания патогенных микроорганизмов.

Под давлением эпидемиологических наблюдений Mollaret H. (1963), первым среди чумологов, был вынужден вернуться к забытому в начале XX столетия учению Макса Петтенкофера (правда, не упоминая его имени), предполагающему участие почвы в поддержании в природе возбудителей опасных инфекционных болезней. Смысл его гипотезы сводится к тому, что чумной микроб при наличии соответствующих условий может длительно персистировать в почве нор грызунов (теллурическая чума). Развивая гипотезу Mollaret, М. Балтазар (1964) пришел к заключению, что цикл чумы в природных очагах состоит из двух фаз: паразитической (на грызунах и их блохах — кратковременной и неустойчивой); и непаразитической (существование в почве нор — устойчивой). Однако где находится первичный резервуар возбудителя, эти исследования не прояснили. Чумологи по-прежнему рассуждали о заносе чумы кораблями и о тому подобных «научно обоснованных» фактах.

Прошла незамеченной работа С. В Никульшина с соавт. (1993), показавших способность ряда амеб фагоцитировать Y.pestis и сохранять ее в предцистах. Механизм и эпидемическая значимость этого явления оставались непонятным до открытия явления «некультивируемости бактерий» и разработки методов молекулярной диагностики.

Суть феномена «некультивируемости» заключается в следующем. Исследователи обнаруживают микроорганизмы в одноклеточных животных (простейших) методами молекулярной диагностики, но не могут подтвердить их наличие культивированием на искусственной питательной среде. С антропоцентристской точки зрения феномен объяснялся просто — случайностью; микроорганизм случайно попал в неблагоприятную для него среду (благоприятная среда, разумеется, питательный бульон, приготовленный в лаборатории этих исследователей) и находится в состоянии стресса. Однако границы феномена оказались значительно более широкими, чем это можно ожидать от «случайности».

Простейшие и их паразиты. Свободноживущие амебы имеют, по крайней мере, две стадии развития: трофозоиты (trophozoite) — вегетативные метаболически активные формы; и цисты (cyst) — «спящие формы», позволяющие им выжить в неблагоприятных условиях среды. Отдельные амебы, такие как Naegleriaspp., имеют дополнительную стадию флагеллят (flagellate stage), другие, такие как Mayorellaи Amoeba, включают виды, не формирующие цисты (рис. 21).

Рис. 21. Стадии развития Hartmanella vermiformis

А. вегетативная форма; Б. циста. Черная полоса внизу фотографии соответствует 2 микронам (Greub G., Didier R., 2004).


Свободноживущие амебы представлены повсеместно и могут быть изолированы из воздуха, почвы, воды, назального секрета позвоночных. В почве они наиболее распространены в тех ее участках, которые покрыты растениями. На растениях обильно паразитируют грибы и бактерии, являющиеся пищей для свободноживущих амеб (Rodriguez-Zaragoza S., 1994). Более подробно о таксономии, анатомии и экологии простейших можно прочитать в работах Г. Н. Калкинса (1912), Л. Н. Серавина (1984), К. Хаусмана (1988) и А. П. Пехова (1994). Нас же простейшие интересуют как эволюционные предки макрофагов и как первичный резервуар возбудителей опасных инфекций для человека.

Амебы живут в широком интервале условий окружающей среды. Адаптация бактерий к протозойным хищникам происходит уже миллиарды лет, и в настоящее время ученые насчитывают не менее четырех форм их взаимодействия, хотя, естественно, эти знания являются только предварительными.

Во-первых, отдельные бактерии могут использовать их для увеличения своей численности в окружающей среде, как это показано для Klebsiellaaerogenes, размножающихся «за счет» Acanthamoeba castellanii.

Во-вторых, некоторые бактерии продуцируют литические компоненты, разрушающие простейших, и тем самым предотвращающие фагоцитоз, например Bacillusliqueniformis синтезирует литический компонент, направленный против Nagleria fowleri.

В-третьих, между бактериями и простейшими могут устанавливаться эндосимбиотические отношения. Известно, что бактерии могут оставаться в простейших длительное время в некультивируемом состоянии. Было установлено экспериментально, что паразитические бактерии могут существовать в простейших в таком состоянии не менее шести лет.

В-четвертых, в процессе эволюции и коэволюции бактерии могут совершенствовать механизм внутриклеточного существования в амебах и затем, после проникновения в организм позвоночных, пользоваться этим механизмом для выживания в макрофагах (например, Legionellapneumophila; см. ниже) (Harb O. et al., 2000).

В основе взаимодействия простейших с микроорганизмами (бактерии, дрожжи, вирусы и др.) лежит способность группы их поверхностных рецепторов взаимодействовать со структурами, богатыми углеводом маннозой. Они получили общее название — маннозные рецепторы. Их присутствие на поверхности амебы необходимо для связывания микроорганизмов, инициирования их поглощения клеткой и доставки в лизосомы для переваривания (Allen P. G., Dawidowicz E. A., 1990). Позже было показано, что и сами одноклеточные паразиты проникают в эпителиальные клетки высших животных посредством взаимодействия с маннозными рецепторами этих клеток. Например, посредством такого механизма Acanthamoebaпроникает в роговицу глаза человека и вызывает кератит (Zhantao Yang et al., 1997).

Механизмы проникновения свободноживущих почвенных амеб в организм позвоночных также сложно опосредованы с рецепторными структурами внеклеточного матрикса. Например, почвенная амеба Balamuthiamandrillaris, возбудитель смертельного для человека гранулематозного амебного энцефалита (granulomatous amoebic еncephalitis), использует для проникновения в мозг три типа компонентов внеклеточного матрикса: коллаген I, главный компонент соединительной ткани; молекулы фибронектина, имеющие критическое значение для адгезионных процессов; и ламинин-1 (laminin-1), ключевая молекула для формирования базального слоя. Распознание ламинина зависит от галактозо-связывающего белка (Rocha-Azevedo B. et al., 2007). Типичные молекулы данного типа в эукариотических клетках — галектины (galectins) относятся к семейству галактозных лектинов и широко распространены среди различных клеток животных (более подробно о галектинах см. в работе Leffler H. et al., 2004).

Весьма любопытно в аспекте понимания эволюции иммунной системы то обстоятельство, что амебы в условиях in vitro реагируют на фактор некроза опухолей (TNF), интерлейкин-1бета (IL-1бета), интерлейкин-8 (IL-8) и циклооксигеназу-2 точно также, как нейтрофилы и макрофаги — т. е. как на хемоаттрактанты (Blazquez S. et al., 2006). С филогенетической точки зрения, направленное движение клеток в ответ на внешние раздражители, является давно известной биологической реакцией (New D. C., Wong J. T., 1999). Следовательно, сигнальные молекулы, которые мы сегодня, путаясь в определениях, называем хемокинами и цитокинами, а также их рецепторы стали «средством общения» между простейшими задолго до появления нейтрофилов и макрофагов как клеток иммунной системы позвоночных организмов.

Уже в этом десятилетии обнаружены микроорганизмы — внутриклеточные паразиты простейших, не растущие на искусственных питательных средах, но являющиеся патогенными для человека. Например, T. J. Marrie et al. (2001) установили, что такие микроорганизмы, как LLAPs (Legionella-like amoebal pathogens — возбудители пневмоний), Parachlamydia acanthamoeba BN9 (болезнь Кавасаки) и Afipia felis (болезнь кошачьей царапины), паразитирующие в свободноживущих почвенных амебах, очень хорошо размножаются в человеческих моноцитах, но не растут на искусственных питательных средах.

Если "пойти в обратную сторону", т. е. проверить способность уже охарактеризованных на искусственных питательных средах патогенных для человека микроорганизмов паразитировать внутри макрофагов, непрофессиональных фагоцитов и даже в нефагоцитирующих клетках (фибробластах, эпителиоцитах), то можно обнаружить, что все они способны к такому паразитизму. Подготовленный О. В. Бухариным (1999) ретроспективный обзор таких экспериментов включает не менее 20 патогенных для человека видов бактерий. Более поздний обзор G. Greub, D. Raoult (2004) включает уже около 50 видов бактерий и отдельные виды риккетсий и вирусов.

Экспериментальные данные также свидетельствуют о другом феномене паразитизма патогенных для человека микроорганизмов у простейших — упрощении генома паразита при специализации его к своему одноклеточному хозяину. Например, сравнение геномов Yersinia pseudotuberculosis и Y. pestis для ученого, привыкшего считать, что патогенность микроорганизмов обусловлена приобретением генов факторов патогенности (т. е. усложнением генома), требует преодоления некоторого психологического барьера. Возбудитель чумы, более патогенный для человека и большинства модельных животных, чем возбудитель псевдотуберкулеза, утрачивает значительную часть генов, которые традиционно относят к генам вирулентности и патогенности. По данным, обобщенным А. П. Анисимовым (2002), по сравнению с псевдотуберкулезным микробом, Y. pestis утрачивает гены адгезинов, уреазы (сдвиг рамки считывания), инвазинов Inv и Ail (вставка IS-элементов), подвижности, способности к синтезу О-боковых цепей ЛПС (не установленные механизмы образования мутаций) и ряд других. Из 17 «биосинтетических» генов, выявленных у псевдотуберкулезного микроба, 5 в геноме Y. pestis инактивированы за счет вставок и делеций. Компьютерный анализ полного генома чумного микроба (штамм CO92, биовар Orientalis; выделен от человека, погибшего от легочной чумы) показал наличие 149 псевдогенов.

Объяснение этому феномену я вижу в сравнении экологии обоих микробов. У псевдотуберкулезного микроба очень широкий круг хозяев, в основном среди гидробионтов. Он является комменсалом для зоопланктона (дафнии, циклопы), бентосных животных (кольчатые черви, моллюски, личинки насекомых и др.) и высших растений. Возбудитель же чумы специализирован на узком круге почвенных простейших. Следовательно, упрощение его генома является следствием дегенеративной эволюции, характерной для видовой специализации любого паразита. Но специализации не к отдельным видам позвоночных животных (включая человека), а к простейшим.

Границы феномена сапронозного существования патогенных для людей микроорганизмов. О том, что границы этого феномена очень широки, свидетельствует много косвенных факторов. Например, все так называемые возбудители опасных и особоопасных инфекционных болезней (чумы, мелиоидоза, сапа, туляремии, сибирской язвы, бруцеллеза, лихорадки Ку и др.), одновременно являющиеся и потенциальными агентами биологического оружия, имеют много сходства в эпидемиологии, биологических свойствах и в клинике вызываемых ими поражений людей, объяснить которое возможно только в том случае, если предположить, что они являются истинными паразитами (или эндосимбионтами) почвенных простейших. В пользу такого предположения говорит «привязанность» вызываемых ими вспышек болезней к конкретным местностям; отсутствие у них резистентности детоксикационного типа к антибиотикам (ненужной для внутриклеточного паразитизма); вовлечение в инфекционный процесс лимфатических узлов и фагоцитирующих клеток крови; а также «запутанность» вопроса о факторах их патогенности и токсинах. Ни один из обнаруженных у них таких «факторов» не может однозначно в эксперименте прояснить клинику вызываемой микроорганизмом у людей болезни, больше похожую на реакцию организма на суперантигенный раздражитель. Не обладают они и контагиозностью, т. е. способностью передаваться от одного теплокровного организма к другому при контакте, что обычно предполагает воздушно-капельный механизм передачи возбудителя болезни непосредственно от одного заболевшего к другому. Редкие случаи «перехода» неконтагиозной бубонной чумы в контагиозную вторично-легочную лишь исключения, подтверждающие вышеприведенные наблюдения. Ни больные с такой формой чумы, ни появившиеся через инфицирование от них больные с первично-легочной чумой, не способны поддерживать возбудитель чумы в природе, так как в 100 % известных случаев (без лечения антибиотиками) они погибают. И если этим возбудителям инфекционных болезней не придумывать эпидемиологию (см. «Исторические свидетельства»), то понять, как они существуют в природе без резервуара среди простейших, практически невозможно.

Vibriocholerae. Возбудитель холерыявляется членом семейства Vibrionaceae, о котором известно, что оно прекрасно размножается в простейшихA. polyphagaи N. gruberi. Их выживание в пределах цист N. gruberiпредполагает то, что свободноживущие амебы могут длительно сохранять холерный вибрион при неблагоприятных условиях среды (Thom S. et al.,1992). Достоверно установлены биоценотические связи холерного вибриона, обитающего в воде, с водными организмами, в том числе и с растениями. Например, была показана способность ряски, зоопланктона (Islam M. et al., 1990) и низших ракообразных (Голубев Б. П.,1993) поддерживать высокую концентрацию холерного вибриона. Islam et al. (1990) также выявили активное размножение и длительную (до 15 месяцев!) персистенцию некультивируемых вибрионов Эль Тор в культуре сине-зеленых водорослей, которые признаются ими возможным резервуаром холеры в межэпидемические периоды. Марамович А. С. и Наркевич М. И. (1993) пришли к выводу о том, что водный гиацинт является природным резервуаром холеры Эль Тор. Он обеспечивает существование вибрионов в межэпидемические периоды и способствует реализации водного пути передачи возбудителя. Бухарин О. В., Литвин В. Ю. (1997) экспериментально показали, что водный гиацинт способствует размножению холерных вибрионов. Их концентрация в его стеблях и листьях была в 300 раз выше, чем в воде.

Эти и другие данные позволили Пушкаревой В. И. и Литвину В. Ю. (Пушкарева В. И., Литвин В. Ю.,1994; Пушкарева В. И.,1994), выдвинуть гипотезу о клонально-селекционном механизме изменения бактерий в почвенных и водных сообществах, способном обеспечивать формирование эпидемически значимых вариантов возбудителей сапронозов в их природных резервуарах. Гипотеза весьма интересная, поэтому ее стоит привести подробно.

В процессе естественной циркуляции холерных вибрионов среди гидробионтов — хозяев возбудителя в водоемах, имеет место селекция токсигенных клонов и их накопление в бактериальной популяции при благоприятных условиях (активном пассировании через хозяев). Всего же у холерных вибрионов в водной экосистеме формируется, как минимум, две экологические ниши. Одна из них (непосредственно водная среда) наиболее характерна для авирулентных штаммов. Вторую нишу (сообщество водных организмов) населяет преимущественно вирулентная часть микробной популяции, устойчивая к перевариванию в организме гидробионтов — первичная функция токсигенности холерных вибрионов, возможно, как раз и состоит в защите бактериальной популяции, обитающей в водоемах, от хищничества простейших и других гидробионтов. Их объем относительно друг друга меняется. Например, при изменении численности хозяев или сдвигах в структуре водного сообщества. В разных условиях и в разные сезоны в водной популяции вибрионов могут доминировать то токсигенные, то атоксигенные клоны холерных вибрионов. Изменение уровня токсигенности всей популяции вибрионов во времени происходит за счет выхода в водную среду нарастающего числа токсигенных вибрионов из организма погибших инфузорий, где они накапливаются благодаря селективному преимуществу перед атоксигенными и слаботоксигенными вибрионами. Прогревание воды до температуры 20 0С и резкое увеличение трофности водоемов в июле — августе определяют пик численности холерных вибрионов, тесно сцепленный с пиком численности планктона. Интенсивно пассируясь среди гидробионтов, вибрионы окончательно выходят из покоящегося состояния (число бактериологически высеваемых культур максимально); численность и вирулентность водной популяции вибрионов резко возрастает, достигая эпидемически значимых показателей. Именно к этому периоду неизменно приурочен пик заболеваемости людей в очагах умеренных широт. Первичные и независимые случаи инфицирования холерой людей, связаны с водоемами, после чего распространение холеры может принять и вторичный (эстафетный) характер, в виде классической вспышки (по работе Бухарина О. В. и Литвина В. Ю., 1997).

Приведенная выше клонально-селекционная теория состыковывается с гениальными прозрениями Макса Петтенкофера (1885) следующим образом. Если принять нетоксигенные клоны холеного вибриона за фактор Х, то гидробионты, через которые пассируются токсигенные клоны возбудителя холеры, можно считать тем фактором Y, существование которого Петтенкофер так настойчиво отстаивал, а сами токсигенные клоны представляют собой фактор Z. Однако только ли для холерного вибриона верна эта теория?

Легионеллы. Для легионелл возможность сапронозного существования установлена бактериологическими методами еще в 1950-х гг. Вспышки легионеллезов обычно сопровождаются высокой смертностью среди заболевших людей. Поэтому экология легионелл и механизмы их проникновения в человеческие популяции находятся в поле зрения ученых уже не менее 30 лет, с момента печально известной вспышки болезни в Филадельфии в 1976 г. В данной работе легионеллы рассматриваются как «опережающий объект» в исследованиях сапронозов, что предполагает перенесение выявленных при их изучении закономерностей на менее исследованные микроорганизмы, обитающие в почвенных и водных экосистемах.

В пределах водных сообществ легионеллы существуют в ассоциации с планктоном или как составная часть биопленок (Rogers J. et al., 1994). Разные легионеллы инфицируют своих протозойных хозяев по разным механизмам, что говорит за многообразие экологических отношений в мире микроорганизмов и простейших. Амебы имеют критическое значение для существования легионелл в окружающей среде и для их способности вызывать инфекционную болезнь у людей (Harb O. et al., 2000). Схематическое изображение взаимодействия L. pneumophila и одноклеточных животных в окружающей среде и механизма ее трансмиссии к человеку приведено на рис. 22.

Рис. 22. Механизм взаимодействия L. pneumophila и одноклеточных животных в окружающей среде и их трансмиссии к человеку

1. L. pneumophila из биопленок, формируемых совместно с другими бактериями или из их суспензий, инфицирует Рrotozoa. Проникновение в простейшие осуществляется по механизму фагоцитоза.2. После проникновения в амебу L. pneumophila остается в мембранно-связанной вакуоле, которая рекрутируется органеллами, такими как митохондрии, и не сливается с лизосомами.3. В пределах 4 ч после проникновения, вакуоль с L. pneumophila окружается эндоплазматическим ретикулумом.4. L. pneumophila реплицируется в пределах специализированной вакуоли.5. Точный механизм «выхода» бактерий из простейших неизвестен, но считается, что возможна их экскреция в составе везикул. Могут лизироваться и сами амебы.6. Передача L. рneumophila к людям осуществляется механически, через воздух, выбрасываемый кондиционерами, с каплями воды в душевых и т. п. способами.7. Legionellae могут длительное время выживать в окружающей среде. Они повторно инфицируют Protozoa или реколонизируют биопленки (Harb O. et al., 2000).


Взаимоотношения легионелл и Protozoa, нашедшие свое отражение в патогенности этих бактерий для людей, могут быть следующими. Амебы после превращения в цисты, создают бактериям надежное убежище от враждебных условий внешней среды (температура, влажность, дезинфектанты и т. п.). Этим можно объяснить способность легионелл распространяться и населять инженерные системы зданий, прошедшие специальную обработку. К тому же, реплицирующаяся в амебах L. рneumophila становится почти в 1000 раз более резистентной к антимикробным соединениям, чем при культивировании на искусственных питательных средах (Barker J., Brown M. R., 1995). Жизненный цикл L. pneumophilaвамебах сходен с таковым в макрофагах (см. «Предадаптация к макрофагам»)(рис. 23).

Рис. 23. Фагоцитоз L. pneumophila амебой H. vermiformis в условиях in vitro

А. адгезия; Б. поглощение; В. интернализированные бактерии. mi — митохондрия. Черная маркерная полоса соответствует 0,5 мк (Greub G., Didier R., 2004).


Пассирование легионелл в амебах повышает их инвазивность и вирулентность для человека. В пользу последнего предположения говорят экспериментальные данные, показавшие многократно возросшую способность L. рneumophila, выращенных в простейших, внедряться в макрофаги мышей и реплицироваться в легких по сравнению с теми же легионеллами, выращенными на искусственной питательной среде (Cirillo J. D. et al., 1994). Отдельные гены, необходимые для выживания L. рneumophila в макрофагах, такие как dot/icm, pmi и mip, также нужны им для выживания в амебах (табл. 7).

Таблица 7. Гены L. pneumophila, необходимые для инфицирования и внутриклеточного существования в Protozoa и макрофагах[10]

Гены | Функция | Роль в инфекции | Примечания

dot/icm (defect in organelle trafficking и intracellular multiplication) | Аппарат секреции IV типа. Конъюгационный перенос ДНК. | Правильное созревание фагосомы. Репликация в Protozoa. Цитотоксичность, вызванная формированием пор | Agrobacterium tumefaciens и Bordetellapertussis, используют подобную систему секреции для переноса ДНК (virB) и секреции коклюшного токсина (ptl), соответственно

pmi (protozoan and macrophage infectivity) | Неизвестная функция | Внутриклеточное выживание. Правильное созревание фагосомы. Присоединение к клетке-хозяину | Вместе с dot/icmобеспечивают L. рneumophila возможность выживать и реплицироваться в эволюционно значительно отстоящих клетках

pilBCD (encodes a prepillin peptidase) | Биогенез пилей IV типа | Секреция II типа | Секреция бактериальных белков, необходимых для внутриклеточного выживания | Аппарат секреции II типа позволяет L. рneumophila выживать в Protozoa и в клетках млекопитающих

rpos | Стационарная фаза ответа на стресс | Регуляция генов, необходимых для внутриклеточного выживания | —

prp | Гомологичен prpD-гену S. typhimurium | Внутриклеточное выживание | —

mip (macrophage infectivity potentiator) | Относится к семейству белков пептидил-пролил изомераз (peptidyl-prolyl cis/trans isomerases, — PPIase) | Внутриклеточное выживание в течение ранних стадий инфекции | Необходим для инфицирования макрофагов, эпителиальных клеток и простейших

emi (early macrophage-induced locus) | Неизвестная функция | То же | —

asd (aspartate-b-semialdehyde dehydrogenase) | Биосинтез диаминопимелата | Внутриклеточная репликация | —

Гены усвоения железа | Захват и ассимиляция внутриклеточного железа | То же | -


Способность легионелл реплицироваться в амебах показывает то, что амебы являются для этих бактерий самой адекватной питательной средой.

Chlamydophilapneumoniae. Бактерия хорошо известна как причина различных респираторных болезней и атеросклероза. Сероэпидемиологические исследования обнаружили ассоциацию антител к С. pneumoniae с атеросклерозом коронарных, сонных и церебральных артерий, а также инфарктом миокарда (Lee Ann Campbell et al., 1998). В природе бактерия поддерживается в Acanthamoebacastelanii, но не в Parachlamydiaceaeили Simkaniaceae (Essig A. et al., 1997).

Микобактерии. ДляMycobacterium leprae — микобактерии, вызывающей болезнь, уже тысячи лет известную под названием проказа, было показано, что она может поддерживаться в свободноживущих почвенных амебах. Однако бактериальной репликации или микробного лизиса амеб, вызванного этими микобактериями, описано не было, что свидетельствует в пользу их симбиотических отношений и частично объясняет клинику болезни. Развитие проказы у людей происходит в течение десятков лет, при этом инкубационный период болезни может длиться до пяти лет.

У микобактерий, вызывающих туберкулез, отношения с простейшими могут складываться как по типу эндосимбиоза, так и как паразитические. В экспериментах, выполненных в условиях in vitro, установлена способность M. avium, M. marinum, M. ulcerans, M. simiaeи M. habaneпроникать в свободно живущие почвенные простейшие. M. smegmatis, M. fortuitum и M. рhlei размножаются в самых различных амебах и вызывают их лизис.

Хорошо изучены взаимодействия между M. aviumи Acanthamoeba. Было установлено, что M. аvium, выращенная в амебах, более вирулентна чем такая же микобактерия, выращенная на искусственной питательной среде. Причины этого явления следующие. Во-первых, M. аvium, выращенная в амебах, более активно инфицирует как сами амебы, так и клеточные линии интерстинального эпителия (HT-29) и макрофаги. Во-вторых, такие M. аvium обладают расширенными возможностями по колонизации кишечника мышей, в минимальных дозах вызывают у них микобактериальную инфекцию, и быстро проникают в печень и селезенку. M. aviumпри неблагоприятных условиях среды хорошо выживает в цистах Acanthamoeba. В то же время M. avium, живущая в амебах, более резистентна, чем M. avium, находящаяся в макрофагах, к антимикробным препаратам, используемым для профилактикимикобактериоза у больных СПИДом (рифабутин, кларитромицин и азитромицин) (Greub G., Didier R., 2004).

Микобактерии, вызывающие у людей туберкулез, могут существовать длительное время как эндосимбионты простейших. Например, Zhatao Yang et al. (2007) обнаружили в контактных линзах амебы вида Acanthamoebalugdunensis. Ими было установлено, что эти амебы уже не менее 6 лет поддерживают существование микобактерий (предположительно, M. aviumили M. Intracellulare). Причем сами микобактерии не оказывали на Acanthamoeba никакого цитопатического эффекта (рис. 24).

Рис. 24. Электронная микрофотография Acanthamoeba KA/LC6 с бактериями-эндосимбионтами

A. Бактерии-эндосимбионты палочкообразной формы, случайным образом распределенные в цитоплазме трофозоита; Б. Цисты с эндосимбионтами. В. Увеличенные бактерии-эндосимбионты в цитоплазме трофозоитов. По поверхности бактерий-эндосимбионтов «рассыпаны» рибосомы. Черная маркерная полоса соответствует 2 мк. По Zhatao Yang et al. (2007).


Механизм проникновения патогенных микобактерий в популяции людей значительно более сложен, чем у легионелл. В цепочке передачи возбудителя болезни появляется новый промежуточный хозяин — личинки кровососущих комаров. Инфицированные личинки через воду попадают в организм животных и птиц, а от них к человеку. Полученные данные согласуются с сообщениями о выделении патогенных и атипичных микобактерий из проб воды, взятых из прудов, канав и луж, и используемой для поения крупно рогатого скота, а также из опилок, соломы и сена (Ермакова М. с соавт.,1995).

Burkholderiaceae.Бактерия B.cepaciaассоциирована у людей с несколькими легочными инфекциями, особенно с цистическим фиброзом. Роль свободноживущих почвенных амеб как резервуара B. сepacia пока не доказана, однако их участие в трансмисси возбудителя возможно, так как они способны выбрасывать в окружающую среду везикулы, заполненные B. cepacia(Marolda C. L. et al., 1999).

B. pseudomallei—возбудитель опасной болезни, мелиоидоза, и потенциальный агент биологического оружия. Показано, что этот микроорганизм в условиях in vitro в амебах резистентен к антибактериальным препаратам Он также способен выживать в макрофагах после длительного лечения человека антибактериальными препаратами, вызывая у него хроническую инфекцию (Jones A. L. et al., 1999).

Francisellatularensis.Вызывает у животных и человека опасную болезнь — туляремию. Выделяют три подвида этого микроорганизма, различающихся по географическому распространению и вирулентности для людей — tularensis (наиболее вирулентен для людей), holarctica и mediasiatica. F. tularensis tularensis считается своего рода рекордсменом по пороговой инфекционной дозе, способной вызывать болезнь у человека. Обычно она колеблется в пределах 10-100 клеток, поэтому его относят к потенциальным агентам биологического оружия. В естественных условиях болезнь обнаруживается в основном среди грызунов. Микроб хорошо сохраняется в почве, зерне, фураже, но малоустойчив к высушиванию, ультрафиолету, дезинфицирующим средствам. Известные природные очаги болезни характеризуются исключительной стойкостью. Человеку F. tularensis передается трансмиссивным, контактным, оральным и аспирационным путями. Трансмиссивный механизм передачи осуществляется через клещей, преимущественно иксодовых; и летающих кровососущих двукрылых, в частности комаров и слепней (Шувалова Е. П. с соавт., 2001). Тот факт, что свободноживущие амебы могут быть буквально заполненны F. tularensis, причем в неблагоприятных условиях среды возбудитель туляремии может сохраняться в цистах A. castellanii (Abd H. et al., 2003), свидетельствует в пользу того, что простейшие являются первичным природным резервуаром этого микроорганизма (рис. 25).

Рис. 25. Результаты электронно-микроскопического анализа A. castellanii, инфицированных F. tularensis

А. Трофозоит A. castellanii без внутриклеточных включений F. tularensis (день 0). Б. Трофозоит A. castellanii с вакуолями, заполненными F. tularensis (день 9). В и Г. Рекрутирование митохондрий (короткие стрелки) и грубого эндоплазматического ретикулума (длинные стрелки) к вакуолям (см. также рис. 24), содержащим бактерии. Д. Трофозоит A. castellanii, подвергнутый энцистации (encystations) с клетками F. tularensis, включенными между двумя слоями образовавшейся двойной стенки (день 16). Е. Циста A. castellanii, содержащая F. tularensis на внутренней стороне двойной стенки (день 16) (Abd H. et al., 2003).


Helicobacterpylori. Вызывает развитие у людей язвы желудка и язвенной В-клеточной лимфомы, ассоциированной с лимфоидной тканью слизистой желудка. То, чтоH. pyloriможет распространяться через воду, предполагает определенную роль амеб в поддержании его существования в природе. Эта гипотеза подтверждается демонстрацией способности H. pyloriк размножению в A. castellanii(Winiecka-Krusnell J. et al., 2002).

Cryptococcusneoformans.Относится к грибам, обитающим в почве. Возбудитель СПИД-индикаторной инфекции, криптококкоза. Один из лучших примеров адаптации сразу к обоим хозяевам — почвенным амебам и макрофагам людей (Greub G., Didier R., 2004).

Coxiellaburnetii. Риккетсия, возбудитель лихорадки Q, потенциальный агент биологического оружия. Филогенетически родственна легионеллам (Weisburg, W. G. et al., 1985). При поглощении почвенными амебами легко в них выживает и размножается. Инфицирование людей обычно происходит посредством вдыхания аэрозоля в зонах интенсивного разведения животных (La Scola B., Raoult D., 2001). Описаны также риккетсиоподбные организмы, являющиеся эндосимбионтами Acanthamoebaspp. (Greub G., Didier R., 2004).

Мимивирусы. В амебах Acanthamoeba polyphaga обнаружен крупный ДНК-вирус (диаметр зрелых частиц достигает 400 нм), названный мимивирусом, т. е. «имитирующий бактерию» (mimivirus — «microbe — mimicking virus»), так как его сначала приняли за бактерию (La Scola B. et al., 2003). Его другое название — мимивирус Acanthamoeba polyphaga (Acanthamoeba polyphaga mimivirus; APMV). Размер вириона мимивируса сравним с размером микобактерии. Геном APMV вмещает 1,2 млн нуклеотидов и кодирует не менее 911 предсказанных белков (Benarroch D. et al., 2006). Фагоциты мышей «встречают» APMV как «старого знакомого». E. Ghigo et al. (2008) впервые продемонстрировали, что мимивирус в условиях in vitro инфицирует макрофаги мышей путем классического фагоцитоза, выживает в них и успешно размножается (рис. 26).

Рис. 26. Мимивирус в амебах и фагоцитах.

I. Мимивирус в клетках свободно живущих амеб. А. Мимивирус и A. polyphaga, снятые с помощью сканирующего микроскопа. Черная маркерная полоса соответствует 1 мк. Б. Мимивирус. Негативное окрашивание. Снято с помощью трансмиссионного электронного микроскопа. Черная маркерная полоса соответствует 200 нм. В. Мимивирус в пределах A. polyphaga при лабораторном инфицировании. Снято с помощью трансмиссионного электронного микроскопа. Черная маркерная полоса соответствует 2 мк (Greub G., Didier R., 2004). II. Мимивирус проникает в макрофаги мышей (электронномикроскопический анализ). А. изолированный мимивирус. Б. мимивирус связывается с поверхностью макрофага. В. мимивирус проникает в клеточное выпячивание. Г и Д. на клеточной поверхности макрофага формируется чашеподобное образование, захватывающее мимивирус, начинается его проникновение в клетку. Е. поглощение макрофагом мимивируса. Ж. большая гладкая поверхность эндоцитической визикулы макрофага, содержащей мимивирусЗ. везикула, содержащая мимивирус, глубоко уходит в цитоплазму. И. везикулы, содержащие мимивирусы, случайно сливаются друг с другом. Черные маркерные полосы соответствуют указанным размерам (Ghigo E. et al., 2008).


Таксономически мимивирус занимает положение между Poxviridae (к этому таксону относится возбудитель натуральной оспы), Iridoviridae (к ним относятся вирус африканской лихорадки свиней — African swine fever; и многие вирусы земноводных, рыб и насекомых) и Phycodnaviridae. Участие мимивируса в патологии человека пока не установлено (La Scola B. et al., 2003). E. Ghigo et al. (2008) выдвинули гипотезу, что APMV способен реплицироваться в альвеолярных макрофагах млекопитающих и вызывать у них пневмонии. Судя по обстоятельности их работы, они скоро ее проверят.

Энтеровирусы. Обычно это возбудители кишечных инфекций у детей, но у некоторых людей они могут вызывать менингоэнцефалиты и асептические менингиты. Передаются между людьми фекально-оральным путем. Широко распространены в морской воде и часто контаминируют моллюсков. Их появление в воде носит спорадический характер, но иногда они месяцами могут заражать морскую воду и воду в дельтах рек (Lo S. et al., 1976). Поэтому была высказана гипотеза, что их природным резервуаром являются простейшие, живущие в морской воде. Однако такая роль простейших в поддержании энтеровирусов не была доказана в эксперименте. Вирусы сорбировались на поверхности амебы и не проникали внутрь клетки и не размножались в ней. Исследования продолжаются и окончательных выводов пока не сделано (Greub G., Didier R., 2004).

Грипп. В истории и эпидемиологии гриппа многое говорит за его сапронозное происхождение. Поиск среди простейших животных вирусов гриппа не проводился из-за отсутствия такой постановки задачи (выгоднее бесконечно создавать «вакцину от птичьего гриппа»). Однако если предположить наличие у этих вирусов природного резервуара среди простейших почвы и гидробионтов, то проще объяснить следующие особенности гриппозных эпидемий и пандемий:

ограниченное число подтипов вирусов гриппа А, В и С человека, вызывающих гриппозные эпидемии и пандемии; и как следствие этого феномена — «возвращение» в человеческие популяции практически одних и тех же вирусов [например, вирус, циркулировавший в 1890–1900 гг., соответствует эталонному штамму А/Сингапур/1/57/ (H2N2); а вирус, циркулировавший в период с 1900 г. по 1917 г. сходен с вирусом А/Гонконг/1/57/ (H3N2); есть и другие весьма показательные примеры такого сходства];

отсутствие среди реассортантов вирусов гриппа, циркулировавших среди людей в разных регионах мира, эпидемически значимых вариантов, или вариантов, имеющих селективные преимущества перед вируcами нерекомбинантной природы;

доминирование водного механизма передачи возбудителя инфекции в природе, проявляющегося одновременными вспышками гриппозной инфекции у разных таксонов животных, вызванных одним штаммом вируса;

появление локальных вспышек гриппозной инфекции у млекопитающих и птиц при отсутствии очевидной связи с «заносом» из других регионов;

возможность развития тяжелых форм гриппа при отсутствии пандемии и выделение вирусов гриппа у заболевших людей, не соответствующих по антигенной структуре подтипу вируса, доминирующему в данный период (так называемые «асинхронизмы»);

отсутствие надежных вирусологических доказательств «положения о непрерывности эпидемического процесса при гриппе» (обычно их подменяют результатами серологических обследований, либо ссылками на «невозможность выделения вируса в межэпидемический период», «снижением вирулентности вируса», наличием «каких-то дефектов вируса, не позволяющих их выделение в обычных лабораторных моделях» и т. п.);

консервативность вируса гриппа, выделяемого от дикой водоплавающей птицы;

то обстоятельство, что все известные подтипы вируса гриппа А выделены от птиц, причем от одной особи может выделяться несколько серовариантов одновременно;

способность вируса размножаться во всех тканях, где есть эпителиальная ткань и в фагоцитирующих клетках макроорганизма;

«поразительная скорость распространения эпидемий гриппа» — если допустить то, что инфицирование водных источников вирусом гриппа происходит одновременно на обширных территориях, например, в результате изменения экологического равновесия гидробионтов;

появление новых серотипов вируса у млекопитающих и домашних птиц как результат «отрыва» вируса от своего природного резервуара и, соответственно, снятия с него селективного давления, существовавшего в природном резервуаре (подробнее см. Супотницкий М. В., 2006).

Э. И. Коренберг (2006) в пользу своей гипотезы сапронозного существования в природе вируса гриппа приводит следующие факты:

вирусы гриппа А способны длительно сохраняться во внешней среде (в воде месяц при температуре 22 °C и до 6–8 месяцев при температуре 4 °C);

все известные подтипы вируса гриппа А обнаружены у диких птиц (в основном у водоплавающих и околоводных);

у водоплавающих птиц грипп протекает бессимптомно и как кишечная инфекция, следовательно, у них нет непосредственной передачи вируса от особи к особи, что могло бы обеспечить его поддержание в природе;

пандемии гриппа обычно начинаются в теплых регионах Юго-Восточной Азии.

ВИЧ. Попытки установить роль Protozoa (Entamoebahistolytica и Giardia lamblia), патогенных обитателей кишечника человека, в распространении ВИЧ, предпринимались еще в начале 1990-х гг., правда, на низком методическом уровне. Иммунологическими методами установлено присутствие ВИЧ в E. histolytica в течение 48 ч после экспозиции к инфицированным ВИЧ культурам клеток людей (G. lamblia не взаимодействовали с ВИЧ). Но вирус не передавался посредством амеб в неинфицированные клетки. От двух ВИЧ-инфицированных пациентов были выделены ВИЧ-положительные амебы. Их лизировали и полученный лизат добавляли к неинфицированным мононуклеарным клеткам крови человека, однако клеток, инфицированных ВИЧ, обнаружено не было (Brown M. et al., 1991). Эти эксперименты свидетельствуют о том, что ВИЧ способен инфицировать, по крайней мере, отдельные виды простейших. Целесообразно поиски инфицированных ВИЧ простейших продолжить с помощью методов молекулярной диагностики в районах Африки, где население наиболее инфицировано этим вирусом.

Теперь мы можем очертить границы феномена микроорганизмов, способных к сапронозному существованию в природе и одновременно являющихся патогенными для людей. К таким микроорганизмам относятся те из них, которые начинают свое размножение в организме позвоночных в фагоцитирующих клетках. То, что феномен сапронозного существования установлен лишь для отдельных микроорганизмов, опасных для человека и позвоночных животных, во многом связано с тем, что перед учеными такая задача не ставилась.

Признание сапронозного характера существования в природе возбудителей опасных для человека инфекций требует от ученых, с одной стороны, осознания того, что существуют природные очаги инфекционных болезней иные, чем изучаемые сегодня в рамках представлений о природно-очаговых болезнях, когда первичный резервуар возбудителя инфекционной болезни ищут среди позвоночных животных; с другой — необходимость применения новых определений для описания таких очагов и эпидемиологии поддерживающихся в них патогенных микроорганизмов. Подробное обоснование того, что такое «природный резервуар», «природный очаг»,«реликтовый очаг», «усилители природного резервуара» возбудителя инфекционной болезни и других определений, выходящих за рамки учения о природной очаговости инфекционных болезней человека Д.К. Заболотного, Е.Н. Павловского и др., мы сделали ранее на примере возбудителя чумы (Супотницкий М.В., 2003; Супотницкий М.В., Супотницкая Н.С., 2006). Их определения включены в словарь терминов, приложенный к этой книге.

Предадаптация к макрофагам. По мнению J. Barker и M. R. W. Brown (1994), свободноживущие амебы в эпидемических процессах среди людей играют роль «Троянского коня», позволяющего микроорганизмам преодолеть «первую линию обороны нового хозяина». Они доставляют их в пределы «Трои», т. е. к слизистым оболочкам человека и в органы дыхания, и обеспечивают микроорганизмам надежную защиту от местных факторов иммунной системы. J. D. Cirillo et al. (1997) нашли подтверждение этой гипотезе. Они продемонстрировали увеличение способности к колонизации кишечника мышей у M. avium, когда эта бактерия была инокулирована в кишечник в составе жизнеспособной амебы. Роль свободноживущих амеб в эпидемических процессах показана на рис. 27.

Рис. 27. Роль свободно живущих амеб в эпидемических процессах

Верхняя схема показывает роль свободноживущих амеб как резервуара внутриклеточных бактерий и как "троянского коня" в передаче бактерий позвоночным. Нижняя — их судьбу в респираторном тракте. В цитоплазме амебы размножаются более вирулентные бактерии. Вакуоли амеб являются их «убежищем». В составе амеб бактерии достигают нижних дыхательных путей, высвобождаются и поглощаются альвеолярными макрофагами, где цикл их размножения повторяется. Овалами в цитоплазме амеб и фагоцитов показаны митохондрии. По G. Greub и R. Didier (2004).


Наиболее изучена адаптация к одноклеточным организмам легионелл. На клеточном уровне обнаружено удивительное сходство между путями, по которым Legionellaspp. адаптируются к макрофагам и амебам. Совпадает даже тип фагоцитоза, посредством которого легионелла проникает в макрофаг и амебу. Подобное сходство наблюдается на всех последующих этапах жизненного цикла легионелл в фагоцитирующих клетках (табл. 8).

Таблица 8. Сходство механизмов, задействованных для проникновения L. pneumophila в простейшие и макрофаги, их продвижения, репликации и дальнейшего существования[11]

Стадия жизненного цикла | Свободноживущие амебы | Макрофаги

Проникновение | Обвивающий(сoiling) — фагоцитоз | Обвивающий(сoiling) — фагоцитоз

Продвижение внути клетки | Отсутствие фагосомно-лизосомного слияния | Отсутствие фагосомно-лизосомного слияния

Фагосома | Ассоциация с грубым эндоплазматическим ретикулумом | Ассоциация с грубым эндоплазматическим ретикулумом

Репликация | Интрафагосомальная | Интрафагосомальная

Выход | Лизис клетки-хозяина | Лизис клетки-хозяина


В макрофагах и амебах не происходит фагосомно-лизосомного слияния, что позволяет Legionella выживать в этих клетках. Как в тех, так и в других клетках фагосомы окружаются грубым эндоплазматическим ретикулумом, и находящиеся в них бактерии размножаются. Затем Legionellaиндуцирует лизис макрофага (амебы) и выходит во внешнюю среду, где захватывается другими макрофагами (амебами). Намолекулярном уровне основным доказательством сходства процессов фагоцитоза стало сходство генов, необходимых для осуществления фагоцитоза у простейших и макрофагов (см. работу Greub G. и Didier R., 2004; и подглаву 2.2«Простейшие — симбионты многоклеточных»).

Основываясь на филогенетическом анализе ADP/ATP-транслоказа-кодирующего гена хламидий, G Greub и D. Raoult (2003) показали, что процессы взаимной адаптации амеб, фагоцитирующих клеток многоклеточных организмов и микроорганизмов, начались более миллиарда лет назад, т. е. до появления многоклеточных форм жизни (см. подглаву 2.3). Естественный отбор «подгонял» их друг к другу, отбирал разные формы взаимоприспособления и отбраковывал не приспособившиеся к такому сосуществованию виды.

Исторические свидетельства. Признав за простейшими роль первичного резервуара микроорганизмов, патогенных для человека и животных, нам необходимо признать и то, что должны быть местности, где таких простейших много, и что существуют условия, при которых равновесие между простейшими и их паразитами или эндосимбионтами из числа микроорганизмов, нарушаются. Этот феномен сегодня мы фиксируем по микробиологически подтвержденным эпизоотиям среди животных, по обнаружению инфицированных эктопаразитов и вспышкам инфекционных болезней среди людей. Но если такие очаги существуют постоянно, то сведения об их активизации, т. е. об эпидемических катастрофах, должны периодически фиксироваться в исторических источниках. Ниже, применительно к контексту данной книги, мы приведем только отдельные из них.

Начнем с масштабных эпидемических катастроф. Удивительным образом совпадают местности, охваченные чумой в период ее первой пандемии (VI столетие, «чума Юстиниана») и второй (1346–1351 гг., «черная смерть»). Совпадают даже сроки распространения пандемий — каждая приблизительно «укладывается» в 5 лет. Обе пандемии развились как бубонные (во время второй пандемии у многих больных бубонной чумой развивалась вторично-легочная чума; этот феномен более подробно изложен в нашей книге; Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006). Но известно, что, во-первых, бубоная чума не выходит из своих природных очагов и не заносится ни больными людьми, ни больными грызунами, ни их эктопаразитами; во-вторых, классических очагов чумы, например, в понимании Д. К. Заболотного (1926) или таких, которые описаны в современном учебнике Е. П. Шуваловой (2001), в Европе сегодня нет. Тем не менее существуют исторические свидетельства о чудовищных вспышках чумы в Европе, когда людям казалось, что «наступил конец света».

Сузим горизонт нашего видения до эпидемий чумы средины XVII столетия. Со времен «черной смерти» прошло три столетия. Неконтагиозная болезнь, бубонная чума, вновь «расползается» по Европе в направлении с юга и востока на запад и север и поражает те же города, что и во времена «черной смерти» (Генуя, 1647; Барселона, 1653; Копенгаген и Москва, 1654; Неаполь и Силезия, 1656; Амстердам, 1658; Лондон, 1665). В этих эпидемиях гибнет не менее миллиона человек, но ни в одном из перечисленных городов сегодня нет даже «следов» природных очагов чумы в понимании авторов двух вышеприведенных источников.

Теперь посмотрим на «частный случай» — на отдельные обстоятельства бубонной чумы, вспыхнувшей в Одессе 1812 г. В исторических источниках она проходит как «портовая», т. е. занесенная кораблями. Но материалы комиссии статского советники Н. Трегубова, расследовавшей причины чумы в городе, свидетельствуют об отсутствии заболеваний чумой в Одесском портовом карантине, хотя через него «прошло» за весь 1812 г. 8,5 тыс. человек. Чума началась не в порту, а среди актеров одесского театра (Белиловский В. А. с соавт., 1904). В нашей книге приведена карта того времени, показывающая распространение чумы по Малороссии в 1812 г. Ее зафиксировали среди людей в десятках населенных пунктах, разбросанных по всему краю, не имеющему сегодня природных очагов чумы в традиционном, бактериологическом их подтверждении (Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006). Мы еще многого не знаем о природной очаговости чумы!

Любопытны наблюдения холеры, сделанные локалистами того времени. Исследуя динамику появления холерных вспышек в населенных пунктах Казанской губернии, Н. К. Щепотьев (1890) заметил, что холера распространялась «против течения рек», поэтому он считал, что «извержения холерных больных» не могли служить источником заражения населенных пунктов ниже по течению рек. Он также заметил, что в 1853 г. эпидемии в Демьянском, Ядринском и Чебоксарском уездах начались и прекратились одновременно. Анализ территориального распределения холерных случаев за 30 лет позволил ему установить, что в течение четырех крупных холерных эпидемий (1847, 1848, 1853 и 1871 гг.), как правило, болезнь поражала людей в одних и тех же местностях Казанской губернии. Это означает, что холерный вибрион не завозился и не заносился, а существовал в этих местностях, как и полагал Щепотьев, аутохонно.

Теперь обратимся к знаменитому спору Макса Петтенкофера с Робертом Кохом о роли воды в распространении холеры. Не будем сразу считать Петтенкофера ретроградом, а вникнем в его аргументацию. Контагионисты во главе с Кохом и Гафки (1887), в подтверждение роли воды в переносе возбудителя холеры, утверждали, что строительство водопровода в Калькутте в 1867 г. привело к резкому снижению заболеваемости населения города холерой. Петтенкофер (локалисты), проанализировав статистические данные по заболеваемости холерой в Калькутте, пришел к выводу, что она имеет пульсирующий характер. Поэтому в течение последних 25 лет холера в Калькутте была значительно слабее, чем в предшествовавшее 25-летие. И как раз слабое проявление болезни совпадает с введением в эксплуатацию водопровода. Поэтому Петтенкофер согласился с тем, что Кох, на первый взгляд, имел некоторое основание приписать именно водопроводу преобладающее значение в ослаблении холеры. Но не более того. Оказалось, что эти скачки холерной смертности — то вверх, то вниз — встречаются как в период времени до 1869 г., так и после него.

Петтенкофер указал на продолжительное снижение заболеваемости холерой в Калькутте в 1847–1850 гг. Холера «держалась» на сравнительно низких цифрах в 1854, 1855 и 1857 гг. Но самое заметное падение холерной кривой начинается с 1864 г., т. е. за 3 года до открытия нового водопровода. В этот год без всякого водопровода холерная смертность была в три раза меньшей, чем в предшествовавшем 1866 г. Минимум холерной смертности в течение этой волны падает на 1871 г., когда водопроводом было снабжено еще сравнительно небольшое количество домов. Затем, с 1872 г., когда число домов, присоединяющихся к водопроводу, быстро увеличивается, холера снова усиливается и достигает своего максимума в 1876 г., правда, значительно уступающего максимумам прежних периодов. После этого — новое понижение холерной смертности, с минимумом в 1880 г., за которым опять следует подъем кривой, максимум которой падает на 1884 г. Холерная волна, начавшаяся с 1880 г., оказалась выше ее предшественницы, занявшей десятилетие с 1871 по 1881 г. Петтенкофер указал на следующее обстоятельство: «В Калькутте Коху рассказали не всю правду. Верно то, что городской водопровод, разносящий хорошо фильтруемую воду из Ганга, впервые стал снабжать форт Вильяма 25 марта 1873 г.; но заметное ослабление холеры в крепости началось уже с 1863 г., когда водоснабжение производилось еще из прудов, находящихся на лугах вокруг крепости. Единственная защита этих прудов от загрязнения состояла из низких деревянных заборов, да, пожалуй, еще из стоявших вблизи часовых». Обобщив эти наблюдения, Петтенкофер сделал шуточное заключение, что «параллельно распространению водопровода увеличивается и холера».

Ну а если серьезно, то локалисты пришли к выводу, что «в Калькутте совпадения между водоснабжением и развитием холеры, в котором можно было бы усматривать причинную связь, не существует». Кох был вынужден отвечать оппонентам, так как, с точки зрения его теории о распространении холеры питьевой водой, было непонятно, как это в 1871 г., когда в Калькутте пользовалось новым водоснабжением не более 2000 домов (притом, разумеется, по преимуществу домов в хороших частях города, которые вообще сравнительно свободны от холеры), холера похитила жизни всего 796 человек, тогда как в 1876 г., когда число домов, снабженных водопроводной водой, доходило уже до 10 тыс., от холеры умерло 2272 человека. Явление это объяснялось Кохом указанием на недостаток водопроводной воды, ощущаемый преимущественно бедной частью населения, вынужденной пользоваться водой из реки и из прудов. Петтенкофер и другие локалисты не приняли объяснение Коха и указали ему на то, что, во-первых, недостаток воды был констатирован официально еще в 1872 г., т. е. как раз в то время, когда кривая холерной заболеваемости стояла очень низко; во-вторых, они привели ему статистику, показывающую, что холерная смертность в предместьях города, вовсе не снабженных водой из водопровода, обнаруживает колебания по времени, соответствующие тем, которые происходят в центре города. И окончательно они «добили» аргументы, приведенные Кохом, используя статистику холерной заболеваемости по всей Бенгальской провинции Индии, в которой тогда жило около 30 млн. человек. Оказывается, в 1871–1874 гг. эпидемия холеры была сравнительно слаба, но она снова усилилась в 1876–1877 гг. точно так же, как и в самом городе. Такое же явление повторилось и в 1880 г., когда холерный минимум в Калькутте совпал с таким же минимумом во всей провинции. Если не придумывать эпидемиологию холеры, то ее очень трудно объяснять, разве что только для учебников (более подробно описание пандемий холеры приведено в подглаве 4.1.2).

В исторических источниках приводятся описания и трудно объяснимых с точки зрения контагионистических представлений, совпадений эпидемических катастроф. В период с 1918 г. по 1922 г. по Поволжью, Прикаспию, Закавказью, Забайкалью и по разным местностям, прилегающим к границам России, прокатились вспышки чумы. В 1918 г. радикально изменилась ситуация по холере. Вспышки болезни зафиксированы в 40 российских губерниях, в Средней Азии, на Кавказе и в Сибири (до Якутска). Холера не прекращалась и в 1919 г. и в 1920 г. даже зимой. Но размах холерной эпидемии 1921 г. был настолько большим, что ее выделили в отдельную эпидемию, сопоставимую по потерям среди населения с наиболее крупными холерными эпидемиями прошлого. Смертность от холеры среди населения составила 55 % от количества заболевших. В некоторых населенных пунктах она достигала 80 и даже 100 %. Летом (!) 1918 г. в Росси вспыхнула пандемия гриппа, названная тогда «испанкой». В период 1918–1922 гг. Россия пережила невиданную в мировой истории эпидемию сыпного и возвратного тифов. Большие и узловые станции железных дорог были забиты трупами людей, умерших от тифа. На некоторых станциях залежи трупов достигли огромных размеров, города не успевали открывать тифозные больницы. От «сыпняка» погибла армия адмирала А. В. Колчака. Обычно за сыпным тифом (смертность от 8 до 80 %, что зависело от условий жизни заболевшего) следовал возвратный тиф (смертность до 3 %); тех, кто переживал паразитарные тифы, «прореживали» холера и голод. В 1921 г. внезапно малярия «вышла» далеко за пределы своего обычного распространения, она охватила всю страну и продвинулась даже в ее северные районы. Тяжелые формы тропической малярии, наблюдавшиеся до войны только в предгорьях Кавказа, в Поволжье и в Средней Азии, распространились по всей республике — малярия приняла характер жесточайшего народного бедствия. Ее отличала необычайная смертность — за 1921 г. 11,3 % от числа заболевших первично, но в некоторых группах населения смертность доходила до 80 %.

Не всегда эти эпидемические события поддаются объяснению трудностями гражданской войны и разрухой того времени. Так чума может проникнуть в населенные пункты только после активизации ее природных очагов, на что человек влиять не может. Но активизация таких очагов почему-то происходила в те годы на огромных территориях России и прилегающих к ней стран. Распространение паразитарных тифов в эти годы было отмечено не только в России и в перенесших войну Европейских странах, но и в Латинской Америке. Для холеры того времени отмечали отсутствие связи ее появления с движениями людских потоков. Например, холеры не было в Красноярске, расположенном на перегруженной холерными больными Транссибирской магистрали, а в Средней Азии ею, как правило, болели только местные жители. Необъясненным осталось повсеместное присутствие в те годы холерного вибриона в источниках питьевой воды даже в северных безлюдных районах Сибири. Например, в реке Иртыш в пределах Тобольска, в реке Туре в пределах Тюмени, в реках Ишиме, Карасуни и Мергени в пределах города Ишима Тюменской области (и выше и ниже по реке), и в воде рек и колодцев более умеренных широт.

Напоминание этих фактов должно предостеречь читателя от упрощенного отношения к экологии возбудителей опасных инфекций. Возможно, что при столь значительных различиях между собой по биологическим свойствам (возбудители чумы и холеры — это бактерии; возбудители паразитарных тифов — риккетсии; возбудитель гриппа — РНК-вирус; возбудители малярии — одноклеточные паразиты крови), их экологические ниши на отдельных территориях находятся в зависимости от одних и тех же природных факторов, что и вылилось в чудовищную эпидемическую катастрофу 1918–1922 гг.

%%%

Простейшие, обитатели водных и почвенных экосистем, являются как эволюционными предками макрофагов, так и резервуаром возбудителей инфекционных болезней для многоклеточных организмов, и эти два феномена находятся в причинно-следственной связи друг с другом. Роль простейших в поддержании в природе возбудителей опасных инфекционных болезней людей эмпирически зафиксировал Макс Петтенкофер в виде фактора, названного им «фактором Y». К микроорганизмам, способным к сапронозному существованию и одновременно являющимся патогенными для людей, относятся те из них, которые начинают свое размножение в организме в фагоцитирующих клетках, т. е. почти все из известных на сегодняшний день. То, что феномен сапронозного существования пока установлен лишь для отдельных микроорганизмов, опасных для человека, означает новизну данного направления исследований и дает шансы исследователям на обнаружение новых природных закономерностей и явлений. Способность многих недавно выявленных микроорганизмов размножаться только в фагоцитирующих клетках, свидетельствует в пользу того, что именно они, а не искусственные питательные среды современных лабораторий, являются питательной средой, наиболее адекватной их физиологическим потребностям. Нам придется внести очень серьезные изменения в свои представления о физиологии и биохимии микроорганизмов, когда мы начнем их изучать в естественных экосистемах.

Имеющиеся экспериментальные данные по экологии микроорганизмов, эпидемиологические наблюдения и исторические свидетельства, позволяют предположить наличие в природе стойких природных очагов возбудителей опасных для людей инфекционных болезней (в том числе и ВИЧ), не подпадающих под рассмотрение современных теорий природно-очаговых болезней и существующих как «подводная часть айсберга» очагов, обнаруживаемых бактериологическими или вирусологическими способами. Границы и организация таких очагов могут быть установлены с помощью методов молекулярной диагностики, но такую задачу ученые еще должны перед собой поставить. Для понятийной дифференциации таких очагов от тех, территориальные границы которых очерчены по эпизоотиям среди диких животных, мы предложили их называть реликтовыми очагами (Супотницкий М. В., 2003, 2004, 2005: Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006).

2.2. Простейшие — симбионты многоклеточных

«Чужие здесь не ходят». Возбудитель сибирской язвы. Возбудители бруцеллеза. Возбудитель туляремии. Возбудитель чумы. Вирус натуральной оспы (ВНО). Микобактерии. Ретровирусы.


При усложнении многоклеточных организмов сложившиеся за миллиарды лет отношения между клетками, способными к фагоцитозу и их паразитами, продолжали оставаться прежними. Этот феномен пока не изучен системно, и я вынужден для его описания использовать разрозненные экспериментальные данные разных авторов.

«Чужие здесь не ходят». Такие отношения обнаруживаются уже тогда, когда начинаешь анализировать пути проникновения в организм людей и животных микроорганизмов, вызывающих у них опасные инфекционные болезни. Не только легионеллы проникают в организм человека через макрофаги (см. подглаву 2.1 «Границы феномена сапронозного существования патогенных для людей микроорганизмов»). Эти же макрофаги «спасают» возбудитель сибирской язвы, попавший в альвеолы легких в составе мелкодисперсного аэрозоля, и переносят его в более благоприятные условия медиастинальных лимфатических узлов, где он размножается, а затем вызывает генерализованную инфекцию (Guildi-Rontani C., 2002). Возбудители брюшного тифа, дизентерии, патогенные иерсинии (Y. enterocolitica и Y. pseudotuberculosis) используют для своего выживания в организме человека посредничество М-клеток пейеровых бляшек (Agmina s. insulae Peyeri) подвздошной кишки. Дальнейшая их диссеминация происходит исключительно благодаря выживанию внутри макрофагов, которые мигрируют через лимфатическую систему (Smith H., 1996; Finlay B., Falkow S., 1997). Возбудитель туляремии проникает в макрофаги при любом механизме инфицирования и с их «помощью» в течение нескольких дней поражает все ретикулоэндотелиальные ткани (Ellis J., Green M., 2002). Возбудитель бруцеллеза инфицирует как фагоцитарные клетки — макрофаги, так и нефагоцитарные — трофобласты беременных животных (Ko J., Splitter G. A., 2003). Сам организм теплокровного хозяина является для этих микроорганизмов биологическим тупиком.

Возбудитель сибирской язвы. В настоящее время экология Bacillusanthracis изучена плохо и обычно ее описание ограничивается упоминанием того, что микроорганизм может долго существовать в почве и хорошо растет на мясопептонных средах (см. например, работы Шуваловой Е. П. с соавт., 2001; Таршиса М. Г. и Черкасского Б. Л., 1997). Но из-за его высоких поражающих свойств как агента биологического оружия, патогенез сибирской язвы у людей и животных изучен очень обстоятельно (см. работы: Dixon T. D., et al., 1999; Prince A. S., 2003; Guarner J. et al., 2003).

Эндоспоры Bacillusanthracisмогут проникать в макроорганизм любыми путями (чрезкожно, аэрогенно, энтерально и др.), но все их пути ведут в макрофаги, выступающие как универсальные входные ворота инфекции (рис. 28).

Рис. 28. Патогенез сибиреязвенной инфекции у млекопитающих

Макрофаги поглощают бациллы и мигрируют к региональным лимфатическим узлам. Вегетативные B. anthracis растут в лимфатических узлах, вызывая регионарный геморрагический лимфаденит. Бактерии распространяются через кровь и лимфу по всему организму и вызывают большое число смертельных исходов из-за септицемии. В случаях легочной формы болезни, перибронхиальные геморрагические лимфадениты блокируют легочный лимфатический дренаж, вызывая отек легких. Смерть наступает от септицемии, токсемии или легочной недостаточности и может произойти через 1–7 суток после заражения. 1 — низкоуровневое прорастание и рост в участке инфицирования ведут к локальному отеку и некротическому поражению кожи; 2 — низкоуровневое прорастание и рост в участке инфицирования ведут к массивному выпоту, отеку слизистой и некротическому поражению кишечника; 3 — лимфагенное и гематогенное распространение B. anthracis.MAPKK (mitogen-activated protein kinase kinase) — митоген-активированный белок киназы киназы; TNF — фактор некроза опухолей; IL — интерлейкин (Dixon T. D., et al., 1999).


Отношения B. anthracis с эволюционными предшественниками макрофагов, свободноживущими почвенными амебами, в процессе эволюции сложилиськакпаразитические, т. е. они их использовали для своего размножения, разрушали и сохранялись в окружающей среде в виде спор. После заглатывания спор другими простейшими, цикл повторялся. Такой вывод можно сделать, не имея пока данных о взаимоотношении сибиреязвенного микроба с простейшими почв исходя из наблюдений за его поведением в альвеолярных макрофагах млекопитающих. Макрофаги поглощают споры B. anthracisпосредством фагоцитоза (рис. 29.).

Рис. 29. Фагоцитоз спор B. anthracis альвеолярными макрофагами (AM)

AM были инфицированы спорами B. anthracis (штамм Sterne) и через 30 мин исследованы с помощью трансмиссионного электронного микроскопа. Положение споры внутри AM показано стрелкой. Черная полоса соответствует 2 микронам (Ribot W. et al., 2006).


Инфицировав альвеолярные макрофаги, споры быстро достигают эндосомальных компартментов, где должно происходить их разрушение. Однако некоторые споры остаются жизнеспособными и после прорастания превращаются в бациллы, которые реплицируются внутри макрофагов. По данным S. Ruthel et al. (2004), это происходит следующим образом. Временные интервалы «прорастания» спор варьировали, но обычно бациллы начинали удлиняться через 4–5 часов после проникновения в альвеолярные макрофаги, и реплицировались уже через 5–6 часов. В их экспериментах до 10 % макрофагов оказались неспособными подавить репликацию сибиреязвенного микроба. Среднее количество спор на макрофаг, которое в последующем приводило к репликации бактерий, составило 6–7, следовательно, более высокая множественность заражения повышала возможность преодоления спорами защитной способности макрофагов.

Форма макрофагов была типичным отражением роста бацилл внутри макрофагов: плазматическая мембрана макрофагов растягивалась, чтобы вместить все бациллы, и примерно через 7 часов макрофаг разрывался. Споры образовывали цепочки еще внутри клеток, до их гибели. В организме животных этот процесс завершался уже в лимфатических узлах (Ruthel S. et al., 2004). Следовательно, альвеолярные макрофаги не запускают каскад иммунных реакций, направленных на освобождение организма от возбудителя сибирской язвы, а «пособничают» ему, доставляя его в более безопасные для размножения ткани, но так им было предопределено естественным отбором еще в архее.

В начале 1990-х гг. установлено, что и токсины B. anthracisдействуют на организм человека опосредованно, через макрофаги. Когда у мышей удаляли макрофаги, они приобретали устойчивость к сибиреязвенному токсину (Hanna P. C. et al., 1993). Вегетативные B. anthracisсекретируют два экзотоксина. Отечный токсин является кальмодулин-зависимой аденилат-циклазой (calmodulin-dependent adenylate cyclase), увеличивающей внутриклеточные уровни циклического AMP (cAMP) при проникновении в большинство типов клеток. В месте введения токсина в ткани экспериментальных животных нарушается водный гомеостаз и появляется массивный отек. Летальный токсин (LT) представляет собой цинкметаллопротеазу (zinc metalloprotease), которая вызывает гипервоспалительное состояние макрофагов, активируя пути окислительного взрыва и высвобождая активированные кислородом интермедиаты, а также продукцию провоспалительных цитокинов, таких как фактор некроза опухолей альфа (TNF-альфа) и интерлейкин-1бета, ответственные за шок и смерть больного (Dixon T. D. et al., 1999).

Размножению B. anthracisв альвеолярных макрофагах способствует летальный токсин. Подвергнутые его воздействию макрофаги не утрачивают способности поглощать споры возбудителя сибирской язвы, однако в значительной мере теряют способность освобождаться от них (Ribot W. et al., 2006).

На первый взгляд, продуцирование B. anthracisтоксиновсвидетельствует лишь об одном зловещем предназначении этого микроорганизма — массовые убийства людей и животных на территориях, с древности называемых «проклятыми полями», другое с антропоцентристских представлений об эпидемических процессах нелогично. Но еще Ю. В. Вертиев (1996) обратил внимание на сходство структуры и механизма действия бактериальных токсинов, интерферонов, бактериоцинов и гормонов. Эти вещества синтезируются одним типом клеток, в то время как воздействуют на другие типы клеток в чрезвычайно низкой концентрации (10-11-10-14 М). Они обладают сходной молекулярной организацией — состоят как минимум из двух функционально и структурно различных белков: энзиматического и рецепторного; имеют сходные звенья молекулярного механизма действия (связывание с рецепторами, активация, транслокация внутрь клетки и модификация клеточных мишеней); обладают сходной кинетикой биологического эффекта — одноударный эффект; и, наконец, все эти вещества в определенных дозах токсичны.

Если предположить, что способность бактерий синтезировать токсины закрепляло какую-то неизвестную сегодня сигнальную функцию в образуемом ими биоценозе, то понятен и двухкомпонентный состав, и одноударность их действия (по бинарным токсинам бацилл см. обзорную работу Barth H. et al., 2004). Преимущество такой структуры для передачи сигналов заключается в том, что при ее распространении из центра сигнал не ослабляется на большом расстоянии. Если бы передача сигнала осуществлялась структурами, не способными к лиганд-специфическому взаимодействию, то сигнал ослабевал бы по мере диффузии сигнальных молекул. Отсюда, как следствие, способность воздействовать на другие типы клеток в чрезвычайно низких концентрациях. Применительно к почвенным свободноживущим амебам такое действие должно заключаться в блокировании каких-то их защитных функций, облегчающих микроорганизму проникновение в эти организмы и последующее размножение. Выброс почвенными фагоцитирующими клетками хемокинов — это сигнал о помощи, адресованный другим простейшим, своего рода призыв двигаться к месту нападения «на своих». У многоклеточных организмов это свойство хемокинов используется для направленной миграции лейкоцитов в очаг воспаления (см. подглаву 2.2 «Реликтовая иммунная система человека»).

Возбудители бруцеллеза. Виды Brucella (B. melitensis, B. suis, abortus, B. canis) являются опасными патогенами сельскохозяйственных животных и человека и рассматриватся учеными в качестве потенциальных агентов биологического оружия. Об экологии бруцелл известно еще меньше, чем об экологии возбудителя сибирской язвы. Считается, что бруцеллез является исключительно зоонозной инфекцией. Имеются экспериментальные данные, свидетельствующие о значительной устойчивости бруцелл во внешней среде (Шувалова Е. П. с соавт., 2001; Таршис М. Г., Черкасский Б. Л., 1997).

О взаимоотношениях бруцелл с простейшими, естественно, ничего неизвестно, однако их взаимоотношения с макрофагами изучены весьма обстоятельно и, что весьма важно для достижения цели нашей работы, они между ними складываются совсем иначе, чем у B. anthracis.

Бруцеллы обитают в организме млекопитащих преимущественно внутри макрофагов и плацентарных трофобластов. Хронический характер вызываемых Brucella инфекций обусловлен в основном их способностью к длительному существованию в фагосомном компартменте фагоцитирующих клеток их хозяев (рис. 30).

Рис. 30. Основные типы клеток, являющиеся местом обитания B. abortis у млекопитающих (Roop R. M. et al., 2004)

R. M. Roop et al. (2004) называют их способность выживать и размножаться в макрофагах «потрясающей» («impressive»). Их удивляет то обстоятельство, что, хотя опсонизация специфическими IgG или активация гамма-интерфероном повышает бруцеллацидную активность культивированных макрофагов, вирулентные штаммы все же выживают в этих клетках и демонстрируют внутриклеточную репликацию. Механизм выживания бруцелл в макрофагах следующий.

Сразу после проникновения в макрофаг бруцеллы располагаются в подкисленном компартменте, который сливается с компонентами ранней стадии эндосомного обмена. Там они переживают окислительный взрыв. Поэтому нет ничего удивительного в том, что в экспериментах они весьма устойчивы к действию факторов внешней среды, хотя с ней сами непосредственно не соприкасаются. Продвижение содержащих бруцеллы вакуолей по эндосомно-лизосомному пути обмена ограничено, и вирулентные штаммы переносятся во внутриклеточный компартмент, обычно называемый репликативной фагосомой. Иногда его еще называют «бруцеллосомой». Репликативные фагосомы возникают в результате обычного клеточного процесса — постоянных взаимодействий между содержащей Brucella вакуолью и эндоплазматическим ретикулумом макрофагов хозяина. Эти репликативные фагосомы не только не сливаются с лизосомами, но и внутри их повышается рH; условия среды становятся более благоприятными для внутриклеточного существования бруцелл (рис. 31).

Рис. 31. Биогенез репликативной фагосомы, являющейся местом обитания B. abortus в культивированных мышиных макрофагах (Roop R.M. et al., 2004)

Недавно было продемонстрировано, что гладкий липополисахарид (ЛПС) В. abortus обладает иммуномодулирующей активностью, которая потенциально помогает бактерии в обеспечении длительного существования в макрофагах хозяина. В частности, эта молекула не разрушается фагоцитами, а переносится к их клеточной поверхности, где она образует макродомены с молекулами МНС класса II. Образование комплекса «МНС класса II — ЛПС» приводит к снижению способности инфицированного хозяина активировать специфичные к антигенам Brucella CD4+ Т-клетки (Forestier et al., 2000).

Отсутствие этапа слияния с лизосомами сближает репликативный цикл бруцелл с репликативным циклом легионелл (см. рис. 22), и делает его непохожим на репликативный цикл возбудителя сибирской язвы. Бруцеллы имеют совершенно иной набор генов «факторов вирулентности», чем B. anthracis. Большинство из таких идентифицированных генов необходимы не для нанесения микроорганизмом «поражения» фагоцитирующей клетке, а для физиологической адаптации к условиям среды в ее репликативной фагосоме. Например, это гены, кодирующие фермент цитохром-bd-оксидазу, имеющий высокий аффинитет к кислороду и позволяющий бруцеллам выживать в условиях окислительного стресса. Оперон bvrRS Brucella кодирует двухкомпонентную регуляторную систему, контролирующую экспрессию генов, содействующих сохранению целостности клеточной оболочки. Измененные свойства мембраны bvrRS-мутантов В. abortus делают их менее устойчивыми к кислой среде, в которой им приходится находиться в фагосомном компартменте макрофагов хозяина на ранних стадиях инфекции. Обнаружено также, что bvrRS-мутанты В. abortus неспособны достичь репликативной фагосомы (более подробно о таких «факторах вирулентности» см. в работе Roop R. M. et al., 2004).

Для нас в цикле размножения бруцелл в макрофагах важно другое — проглядывающееся многообразие отношений между прокариотами и эукариотическими одноклеточными почвенными обитателями. В отличие от B. anthracis, бруцеллы ведут эндосимбиотический образ жизни в макрофагах и, соответственно, в свободноживущих почвенных амебах, что неизбежно сказывается на клинике вызываемой ими болезни. Бруцеллез — хроническое и длительное страдание, сопровождающееся изнурительной лихорадкой. В настоящее время не существует безопасной и эффективной вакцины, которую можно использовать для предупреждения развития бруцеллеза у людей. Лечение этой болезни антибиотиками требует длительного применения их определенной комбинации. К тому же число случаев возврата болезни после завершения курса антибиотикотерапии достигает 10 % — сложившиеся в архее эндосимбиотические отношения бруцелл с фагоцитирующими клетками пока выше возможностей человека.

Возбудитель туляремии. Экспериментально установлена способность возбудителя этой болезни, F. tularensis, поддерживаться в почвенных простейших A. castellanii (см. рис. 25) и макрофагах (рис. 32).

Рис. 32. Трансмиссионное электронно-микроскопическое исследование макрофагов, инфицированных Francisella sp.

А. F. novicida в пределах фагоцитирующей везикулы. Черная полоса соответствует 0.5 мк. Б. Детали фагоцитирующей везикулы, содержащей F. noivicida в пределах макрофага. Характерны небольшие везикулы в пределах крупной везикулы и небольшие светлые везикулы, ассоциированные с наружной поверхностью везикулы (стрелки). Черная полоса соответствует 0.25 мк. В. Фагоцитирующая везикула макрофага, содержащая F. tularensis LVS. Черная полоса соответствует 0.25 мк. Г. Детали фагоцитирующей везикулы, содержащей F. tularensis LVS. Характерным является то, что периплазматическое пространство и наружную мембрану можно различить, так как мембрана ограничена фагоцитирующей везикулой. Черная полоса соответствует 0.25 мк. Везикулы содержат бесформенный или электронно-яркий материал, обычно ассоциированный с содержащими бактерии везикулами. Микроорганизмы обозначены звездочкой (Antony L. et al., 1991).


L. Antony et al. (1991) изучили рост в макрофагах грызунов F. tularensis и близкородственного микроорганизма F. novicida. Ими обнаружено, что хотя представители Francisellasp., попав в макрофаги, выживают в пределах фагосом по одинаковому механизму, не сливаясь с лизосомами (также как бруцеллы и легионеллы), но макрофаги разных видов грызунов они «различают». Так, возбудитель туляремии оказался способным расти в макрофагах мышей, крыс и морских свинок; F. novicida размножалась в макрофагах мышей и морских свинок, но не крыс. Этот феномен косвенно свидетельствует о существовании у представителей таксона Francisella разных хозяев среди одноклеточных в природных резервуарах.

Показательно и то, что F. tularensis убивает своих случайных хозяев-макрофагов точно таким же образом, как и паразиты свободноживущих амеб — размножившись, они индуцируют апоптическую гибель клетки-хозяина. В отношении макрофагов так поступают многие патогенные для человека микроорганизмы — Salmonella, Yersinia, Shigella, Legionella, Brucella. Правда, у каждого из них свой сценарий апоптоза, зависящий от их жизненного цикла в фагоцитирующих клетках (Xin-He Lai et al., 2001; Fernandez-Prada C. V., 2003).

Возбудитель чумы. До обнаружения ВИЧ, по своей способности вызывать катастрофические эпидемии он не знал равных. Относится к потенциальным агентам биологического оружия и уже неудачно использовался японской армией в военных целях в годы Второй мировой войны. С конца XIX столетия считается, что возбудитель чумы поддерживается в природе среди грызунов. У отдельных ученых подозрения о сапронозном существовании Yersiniapestisпоявились гораздо раньше, еще тогда, когда не только не существовало этого термина, но и сам возбудитель чумы не был открыт. Возможность поддержания возбудителя чумы среди простейших показана в 1991 г. (см. подглаву 2.1 «Простейшие и их паразиты» и нашу книгу: Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006).

Экспериментальные доказательства того, что Y. pestis проникает в организм человека, затем выживает, размножается и распространяется по органам и тканям с помощью макрофагов, получены почти 50 лет назад (Cavanaugh D. C., Randall R., 1959). Везикулы, содержащие Y. pestis, обычно обнаруживают в фаголизосомах (рис. 33).

Рис. 33. Трансмиссионная микрофотограмма Y. pestis в фаголизосомах перитонеальных макрофагов мышей

Снимки сделаны на поздней стадии инфекции. Вокруг внутриклеточно расположенных Y. pestis (Y) всегда находится мембрана (М). На изображениях В и С показаны крошечные везикулы (V), часто ассоциирующиеся с бактериями внутри мембраны. Черная полоса соответствует 0,1 мк (Straley S., Harmon P., 1984).


Показано, что продолжительность существования Y. pestis в пределах макрофагов во время инфекционного процесса зависит от природы хозяина и инфицированных тканей. До 80 % фагосом перитонеальных макрофагов, населенных Y. pestis, сливаются с лизосомами в течение ближайших 2,5 ч после инфицирования, процесс заканчивается в течение 8 ч. Но за это время возбудитель чумы формирует вместительную вакуоль и успевает размножиться (Grabenstein J. et al., 2006). Следовательно, в патогенезе чумной инфекции проявляется эволюционно закрепленная за Y. pestis способность к паразитическому существованию среди почвенных простейших, когда микроорганизм не вступает в эндосимбиотические отношения со своим хозяином. Но мир простейших очень сложен и разнообразен. Возможно, что среди одних простейших возбудителю чумы удается существовать как эндосимбионту, среди других, ставших эволюционными предшественниками макрофагов, он размножается как паразит. Экспериментально это пока никак не подтверждено, но такие альтернативы в существовании Y. pestis могут объяснить как некоторые особенности чумных эпидемий, так и клиники самой болезни.

Для эпидемий чумы, воспринимаемых современниками как катастрофические (пандемия «черной смерти» в 1346–1351 гг., вспышки чумы в Лондоне в 1665 г., в Марселе в 1721 г., в Москве в 1771 г. и др.), характерны:

1) постепенное распространение болезни по территории;

и 2) цикличность эпидемического процесса.

Первые случаи болезни вызываются маловирулентными возбудителями, сотни людей ходят с бубонами, но смертность среди них невысока. Затем вирулентность Y. pestisповышается, смертность среди людей нарастает, бубоны «затвердевают», болезнь проявляет себя в крайне тяжелых формах, по восприятию современников чума на этой стадии эпидемического цикла не поддается лечению, но, достигнув определенного пика, эпидемия резко идет на убыль. Болезнь вновь проявляется в относительно легкой форме. Врачи получают возможность сообщать о своих успехах в лечении чумы с помощью порошка из крабьего глаза, «уксуса четырех разбойников» или просто выжигая бубон раскаленной кочергой.

Первую особенность эпидемий чумы можно объяснить проникновением Y. pestisиз экосистем «простейшие-Y. pestis», в которых она существует как эндосимбионт; в простейшие, где она размножается как паразит. Если количество таких простейших в среде, окружающей экосистему «простейшие-Y. pestis», по каким-то причинам достигло неизвестной нам критической массы, то Y. pestis попадает в окружающую среду (в почву). Корнями трубчатых растений бактерия «выносится» на поверхность во все возрастающих количествах. Стебли этих растений поедают грызуны и инфицируются Y. pestis. Далее через эктопаразитов инфицировавшихся грызунов возбудитель чумы проникает в дома людей и вызывает среди них вспышку чумы.

Вторая особенность эпидемий чумы заключается в постепенном нарастании вирулентности Y. pestis (см. нашу книгу: Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006). По аналогии с объяснением повышения вирулентности возбудителя холеры среди гидробионтов, данным Пушкаревой В. И. и Литвиным В. Ю. (см. подглаву 2.1 «Границы феномена сапронозного существования патогенных для людей микроорганизмов»), этот феномен можно объяснить клональной селекцией вирулентных штаммов Y. pestis среди простейших, в которых она ведет паразитическое существование. Снижение вирулентности Y. pestisвызвано как повышением резистентностисамих свободноживущих простейших, так и грызунов, вовлеченных в процесс передачи этого микроорганизма людям (гибель высокочувствительных к Y. pestis грызунов и простейших, формирование иммунных к возбудителю чумы популяций грызунов и др.). Высоковирулентные штаммы возбудителя чумы сами обрывают цепочки, по которым они распространяются из активизировавшихся реликтовых очагов.

Клиника болезни у человека или грызуна, предопределяется паразитированием Y. pestis среди макрофагов. Возбудитель из места проникновения (например, места укуса чумной блохи) заносится в ближайшие лимфатические узлы, они воспаляются. Из кровеносной системы в инфицированный лимфатический узел рекрутируются другие макрофаги, так формируется бубон, заполненный останками погибших макрофагов. Размножившиеся Y. pestis поступают из лимфоузлов в кровь (септицемия); выброс разрушающимися макрофагами огромного количества лимфокинов, нехарактерного для иммунных реакций, протекающих в варианте нормы и к которым адаптирован организм, дает картину шока и помрачения сознания больных. У людей отдельных генотипов развиваются кожные (карбункулы, петехии, геморрагии) и/или легочные поражения (вторичная легочная чума). Так как процесс разрушения макрофагов протекает быстро и возбудитель чумы поступает в кровь, где он доступен действию антибиотиков, то своевременно начатая антибиотикотерапия обычно дает эффект (в отличие от антибиотикотерапии при бруцеллезе, возбудитель которого вступает в эндосимбиотические отношения с макрофагами; см. выше). Поэтому сегодня смертность при бубонной чуме составляет не более 8 %, вместо 50–80 % в эпоху «до антибиотиков».

В лимфоидных тканях при чумной инфекции происходят процессы, которые берут начало еще во времена господства на Земле одноклеточных организмов. В весьма содержательных экспериментах Marketon M. et al. (2005) было обнаружено, что в селезенке мыши при экспериментальной чумной инфекции практически не поражаются Т- и В-клетки, хотя они там представляют большинство. Зато «в полном составе» гибнут такие клетки-мишени, как макрофаги, дендритные клетки и гранулоциты/нейтрофилы. Авторы делают вывод, что Y. pestis, используя систему секреции III типа для разрушения клеток с врожденными иммунными функциями, добивается ускорения летального исхода при чуме. Невольно возникает вопрос к этим авторам, а что, Т- и В-клетки у нас не обладают иммунными функциями, раз возбудитель чумы их «не замечает»? Ведь именно Т-клетки при взаимодействии с макрофагами инициируют у них эффективное слияние фагосом, захвативших бактерии, с лизосомами, разрушающими внутриклеточные патогены и выступают «организаторами» комплексного иммунного ответа на возбудитель чумы. И именно антигенраспознающие рецепторы В-клеток запускают синтез антител, специфичных к структурам Y. pestis. К феномену отбора возбудителями опасных болезней клеток иммунной системы в качестве мишеней мы еще вернемся в главе 3.

Вирус натуральной оспы (ВНО). ВНО тысячелетиями был спутником человека, он встречал его после рождения, и нередко сразу же провожал в «последний путь», что сегодня напоминает «выбраковку» Природой отдельных особей вида Homo sapiens. Вызываемая ВНО болезнь оказалась единственной в истории эпидемий, которую с древности считали «очистительной» (см. работу Губерта В., 1896). А так как натуральная оспа до введения массовой противооспенной вакцинации поражала почти всех детей до года, то ее до начала XVIII столетия не относили к инфекционным болезням, а считали «врожденным» заболеванием, которое обязательно должно проявится у ребенка после рождения. Например, Авиценна (см. его труд «Канон врачебной науки», кн. 4) утверждал, что оспа есть результат брожения в крови человека, сходное с брожениями, которые происходят в выжатых соках плодов и приводят к тому, что их частицы отделяются одна от другой. Причиной такого борожения крови ребенка являются «остатки питательного вещества месячных женщины, образовавшегося при беременности или зародившегося после нее от мутных, нехороших яств, которые разжижают состав крови и волнуют ее».

В настоящее время натуральная оспа считается уничтоженной. Мы не нашли данных, свидетельствующих о возможности поддержания ВНО среди почвенных амеб, но его поведение среди макрофагов ничем не отличается от поведения тех микроорганизмов, для которых такая связь установлена, впрочем, судите сами.

ВНО среди людей распространяется воздушно-капельным путем. В организме человека он предварительно накапливается в альвеолярных макрофагах, затем по лимфатическим путям проникает в лимфатические узлы, где происходит его репликация, после чего ВНО обнаруживается в свободных макрофагах иммунной системы и в крови (первичная виремия). Дальнейшее его распространение происходит по лимфатической системе, и, только накопившись в фагоцитах, он в больших количествах попадает в кровоток (вторичная виремия). Даже если ВНО попадает в организм человека нехарактерным для него путем, например, через порез в коже, его накопление осуществляется фагоцитирующими клетками. Сначала он проникает в макрофаги, ими заносится в лимфатические узлы, там размножается и затем распространяется по организму (Маренникова С.С., Щелкунов С.Н., 1998) (более подробно о генерализации ВНО см. подглаве 3.1).

Микобактерии. Ежегодно в мире выявляется до 8 млн новых случаев туберкулеза среди людей (Hui Pan et al., 2005) и от 500 до 700 тыс. новых заболевших «малозаразной» болезнью — проказой (Scollard D. M. et al., 2006). Сегодня имеются веские основания считать возбудители туберкулеза (M. tuberculosis) и проказы (M. leprae) сапронозами (см. подраздел 2.1). Эти два микроорганизма, несмотря на свое таксономическое сходство, вызывают у людей разные болезни, а их распространение в человеческих популяциях проявляется разными эпидемическими процессами. Ниже мы рассмотрим элементы их прошлого сапронозного существования в инфекционном процессе. В подразделе 4.1 обратимся к механизмам, которые вовлекают эти микроорганизмы в эпидемии.

M. tuberculosis. Ежегодно в мире погибает около 2 млн больных туберкулезом (Hui Pan et al., 2005). Возбудитель болезни проникает в организм человека через альвеолы, куда он попадает в составе капелек аэрозоля. Далее возбудитель туберкулеза диссеминируется по организму посредством фагоцитирующих клеток. Прежде всего, это альвеолярные макрофаги, клетки альвеолярного эпителия II типа — пневмоциты (pneumocytes), они присутствуют в альвеолах в гораздо большем количестве, чем макрофаги, и могут попадать в желудочно-кишечный тракт человека; и дендритные клетки (Smith I., 2003). Последние в фундаментальных руководствах обычно описываются с точки зрения осуществления ими «иммунного надзора» в нелимфоидных органах и тканях, где они захватывают антигены и процессируют их в пептиды. После этого, процессированные антигены связываются с антигенпредставляющими молекулами дендритных клеток (белки классов I и II главного комплекса гистосовместимости), те представляют эти антигены цитотоксическим лимфоцитам и Т-хелперам, и «иммунный надзор» пресекает развитие инфекционного процесса (см., например, руководство М. А. Пальцева, 2004).

Возможно, эта схема работает против каких-то других микроорганизмов, но только не в отношении «старых знакомых» фагоцитирующих клеток — M. tuberculosis и M. leprae. В отличие от дифференцированных макрофагов, дендритные клетки обладают способностью к активной миграции по тканям организма и поэтому их считают важным фактором в развитии инфекционного процесса при туберкулезе и проказе (Smith I., 2003; Scollard D. M. et al., 2006).

Однако вернемся к M. tuberculosis. В легочных тканях инфицированные фагоцитирующие клетки в пределах от 2 до 6 недель вызывают клеточные иммунные ответы, проявляющиеся «наплывом» лимфоцитов и активацией и повреждением макрофагов, формирующих так называемую гранулему — казеозные очаги, окруженные фибриновой тканью. Казеозную («творожистую»; caseum = cheese) массу гранулемы формируют погибшие макрофаги (более подробно о формировании и классификации таких гранулем см. в работе Grosset J., 2003). Жизнеспособные M. tuberculosis обычно сохраняются в казеозном центре гранулемы и могут реактивироваться и инфицировать дыхательные пути, вызывая некроз бронхов и образуя полости в легочной ткани. Фиброзные изменения легочной ткани соответствуют отчаянной попытке защитных механизмов хозяина остановить инфекционный процесс путем формирования вокруг центральной зоны некроза защитного вала из коллагена, эластина и гексозаминов (Schluger N. W., 2005).

Роль альвеолярных макрофагов в этом процессе следующая. M. tuberculosis связывается с ними посредством рецепторов комплемента (CR1, CR2, CR3 и CR4), маннозных рецепторов и других поверхностных молекул, хорошо «знакомых» микобактерии из их совместного эволюционного прошлого (например, toll-like receptor 2; TLR2) (Schluger N. W., 2004). Взаимодействие бациллы с маннозным рецептором фагоцитирующей клетки происходит через поверхностный микобактериальный гликопротеин липоарабиноманн (lipoarabinomannan, LAM) (Schlesinger L. S., 1994). M. tuberculosis проникает в макрофаг посредством эндоцитирующей вакуоли — фагосомы (Smith I., 2003).

Туберкулезная палочка не имеет классических факторов вирулентности, подобных токсинам Corynebacterium diphtheriae, Escherichia coli O157:H7, Shigella dysenteriae или Vibrio cholerae, определяющих клинику болезни. Однако микобактерия ингибирует фагосомно-лизосомное слияние [phagosome — lysosome (P-L) fusion] еще в момент своего контакта с фагоцитирующей клеткой. P. Kang et al. (2005) установили, что взаимодействие липоарабиноманна микобактерии с маннозным рецептором является ключевым моментом предотвращения фагосомно-лизосомного слияния. Благодаря ему предотвращается формирование кислой среды во внутриэндосомальном пространстве и блокируется увеличение концентрации Ca2+ в цитозоле макрофага. Так как увеличение концентрации Ca2+ стимулирует другие защитные реакции клетки-хозяина на инфекцию, например, такие как «респираторный взрыв», продукция NO и цитокинов, то блокирование этой реакции помогает M. tuberculosis избежать срабатывания защитных механизмов хозяина не только на уровне макрофага, но иммунной системы в целом. Такая «выносливость» туберкулезной бациллы в ранней эндосоме уменьшает экспрессию белка главного комплекса гистосовместимости II типа на поверхности макрофага и презентацию антигенов M. tuberculosis Т-хелперам, что приводит к длительному персистированию этого микроорганизма среди клеток реликтовой иммунной системы (объяснение термина «клетки реликтовой иммунной системы» приведено в подглаве 2.3). Детально механизм, посредством которого патогенные микобактерии предотвращают созревание фагосомы, не изучен (Smith I., 2003). Однако микобактерии могут существовать в фагоцитирующих клетках в больших количества и это никак не отражается на прогрессировании болезни (Kaushal D. et al., 2002). Неконтролируемый рост M. tuberculosis, начинающийся обычно из сайта инфекции, приводит к обширным разрушениям легочной ткани и гибели пациента из-за кислородной недостаточности и легочного кровотечения. Неблагоприятный исход болезни может быть связан с облитерацией легочной паренхимы из-за хронической кислородной недостаточности, с обструкцией бронхо-альвеолярной проходимости в результате гранулематозного роста и по другим причинами (Шебанов Ф.В., 1964). Их мы рассмотрим в подразделе 4.1.

M. leprae — возбудитель «малозаразной» инфекционной болезни — проказы (другое название — лепра). «Малозаразной» она считается с позиций контагионистических представлений, предполагающих, что источником возбудителя болезни является больной человек, но эпидемические цепочки между случаями заражения людей удается проследить далеко не всегда. Общее количество таких больных в мире в 1988 г. приближалось к 11 млн, из них 62 % приходилось на Азию, 34 % на Африку (Hastings R. еt al., 1988). В начале этого столетия, по данным ВОЗ, их насчитывалось уже 15 млн человек (Шувалова Е.П. с соавт., 2001). Сами механизмы заражения человека M. leprae далеко не так очевидны, как казалось еще несколько лет тому назад. Например, A. Hagge et al. (2004) и D. M. Scollard et al. (2006) вообще предпочли не давать их конкретного объяснения, указав на то, что механизмы трансмиссии возбудителя проказы между людьми неизвестны. Неизвестны так же инфицирующая доза возбудителя болезни, точное количество инфицированных M. leprae людей, так как до появления первых клинических признаков болезни нет возможноcти установить сам факт их инфицирования; а соответственно нет полной ясности и по границам эндемичных по проказе регионов мира.

Таксономическое сходство M. leprae с M. tuberculosis свидетельствует об удивительном многообразии взаимоотношений в мире микроорганизмов. Геном M. leprae не превышает 3.3 Mb (миллионов оснований), тогда как у M. tuberculosis он достигает 4.4 Mb. У возбудителя проказы снижено соотношение содержания G+C (58 % у M. leprae, против 66 % у M. tuberculosis). И главное, M. leprae содержит только 1614 открытых рамок считывания генов и 1133 псевдогенов, в отличие от 3993 функционирующих генов и 6 псевдогенов, имеющихся у M. tuberculosis. Массив функционирующих генов M. leprae почти на 50 % меньший, чем у M. tuberculosis, у которой около 90 % генома представлены функционирующими генами. Такое упрощение генома M. leprae проявляется элиминированием целых метаболических путей. У возбудителя лепры вырождена защита от токсических радикалов, отдельные гены, определяющие механизмы функционирования детоксикации, являются псевдогенами, ни один из дополнительных 142 генов, найденных только у M. leprae, не связан с метаболическими путями. M. leprae не способна поглощать железо из окружающей среды (см. http://www.leprosy-ila.org/Mycobacterium.html). Ее до сих пор не научились культивировать на искусственных питательных средах.

Дегенеративность генома M. leprae сказывается на скорости ее размножения в клетках человека. Ее удвоение в макрофаге требует от 10 до 20 суток. У M. tuberculosis этот процесс занимает не более 20 ч, E. coli в жидкой искусственной питательной среде делится за 20 мин (Bjune G. et al., 1983). Сравнение геномов возбудителей туберкулеза и проказы показывает более глубокую специализацию M. leprae к пока еще неизвестному природному резервуару среди простейших, чем это можно ожидать для M. tuberculosis.

Более 95 % людей устойчивы к проказе. M. leprae проникает в организм человека через повреждения кожных покровов или поверхность слизистых оболочек. В большинстве случаев внедрившиеся бациллы погибают и не вызывают болезни у человека. Однако в отдельных случаях, которые мы детально рассмотрим в подразделе 4.1, развивается латентная лепра, которая может переходить в ту или иную клиническую и иммуногистопатологическую форму болезни (лепроматозная, туберкулоидная и недифференцированная) в зависимости от характера иммунной реакции организма человека на возбудитель болезни. Лепроматозная лепра (lepromatous leprosy, LL) развивается тогда, когда иммунный ответ проявляется Th2-типом цитокинового профиля с плохо выраженным клеточным иммунитетом. На противоположном конце спектра иммунных ответов находится туберкулоидная лепра (tuberculoid leprosy, TT) с выраженным клеточным иммунным ответом и Th1-типом цитокинового профиля. Между этими двумя полярными формами лепры располагаются различные смешанные варианты ее течения (Hagge A. et al., 2004).

Для специфической гранулемы лепроматозного типа характерно наличие крупных «лепрозных клеток» (клеток Вирхова) с вакуолизированной протоплазмой и массой заключенных в них M. leprae. Кроме того, в состав гранулемы входят лимфоциты, плазматические клетки, фибробласты и изредка тучные и гигантские клетки. Между инфильтратом и нижней границей эпидермиса обычно остается узкая полоска неизмененной соединительной ткани. В период обострения болезни (лепроматозная реакция) присоединяются сосудистые изменения, гнойно-фибриноидная экссудация, затем расплавление с участием эозинофилов и лейкоцитов. Гранулема туберкулоидной проказы типична, но не специфична. Она состоит из эпителиоидных клеток с примесью гигантских и окружена лимфоцитарным валом. Около сильно измененных нервных веточек встречаются единичные бациллы M. leprae. В фазе обострения (туберкулоидная реакция) кровеносные сосуды расширены, наблюдается интерстициальный отек, в центре гранулемы — фибиноидный некроз и скопление лимфоцитов. Поражения недифференцированного типа состоят из лимфоцитов и небольшого количества гистиоцитов и фибробластов. Инфильтрат располагается преимущественно периневрально. Нервные клетки подвергаются восходящим дегенеративным и деструктивным изменениям. Бациллы M. leprae обнаруживаются не всегда, и их, как правило, мало (Торсуев Н. А., 1964).

Как и M. tuberculosis, M. leprae паразитирует в фагоцитирующих клетках и способна подавлять их взаимодействие с Т-хелперами (подробнее об иммунных реакциях на возбудитель проказы см. в работе D. M. Scollard et al., 2006). В основном это дендритные клетки, макрофаги и Шванновские клетки нервной ткани. M. leprae распространяется по тканям преимущественно дендритными клетками. Макрофаги являются основным хозяином M. leprae в организме человека. С поверхностью макрофагов человека возбудитель проказы связывается посредством рецепторов тех же типов, что и M. tuberculosis: маннозных (C-type lectin receptors, CD206), Toll-подобных и рецепторов комплемента (CR1 и CR3 на поверхности моноцитов; и CR1, CR3, и CR4 на поверхности макрофагов). Также им блокируется слияние фагосомы с лизосомой, «респираторный взрыв», продукция NO и цитокинов, что позволяет M. leprae избежать быстрой гибели в фагосоме (Scollard D. M. et al., 2006).

Макрофаг не убивает M. leprae, и если Т-специфический иммунитет активируется, как это имеет место у больных с лепроматозной формой болезни, макрофаги остаются неактивированными, и размножение бацилл в них продолжается (см. выше). Затем макрофаг разрывается, и M. leprae инфицирует новые макрофаги, «собравшиеся» в участок поражения (Hagge A. et al., 2004). В одном макрофаге можно насчитать 100 и более лепрозных бацилл, но это не сказывается на его жизнеспособности. В условиях in vitro при температуре 330 С макрофаг может поддерживать M. leprae неделями (Scollard D. M. et al., 2006). Это предпочтительная для возбудителя проказы температура тканей человека, поэтому лепрозные поражения в основном располагаются в холодных участках поверхности кожи (Sasaki S. et al., 2001). Лепроматозный участок кожи может содержать до 1010 бацилл M. leprae на грамм ткани (Hastings R. et al., 1988).

Шванновские клетки (леммоциты) представляют собой клетки нервной ткани, образующие оболочки длинных отростков нервных клеток (аксонов) в периферических нервах и ганглиях. Филогенетически это очень древняя ткань — подобная оболочка окружает периферические нервы моллюсков и червей. Шванновские клетки похожи на простейшие организмы, они имеют реснички и способны к волнообразным движениям. В отношении отростков нервных клеток они выполняют опорную функцию. Через вещество шванновских клеток или на их стыке в отросток нервной клетки проникают метаболиты.

M. leprae проникает в шванновскую клетку путем взаимодействия с G-доменом альфа2-цепи ламинина (laminin 2) и вызывает поражения нервной системы на поздней стадии болезни (Rambukkana A. et al., 1998). Взаимодействие происходит за счет двух адгезинов клеточной стенки микобактерии — фенольного гликолипида (phenolic glycolipid-1, PGL-1) и LBP21, гистоноподобного протеина, закодированного у M. leprae геном ML1683 (Barker L., 2006). А дальше уже сама M. leprae начинает наращивать свою экологическую нишу, как это она делает в своем первичном природном резервуаре. Установлено, что путем индукции циклина D1 (сyclin D1) и p21, двух ключевых регуляторов G1-фазы клеточного цикла, внутриклеточная M. leprae вызывает размножение немиелинизированных (non-myelinated) Шванновских клеток (Tapinos N., Rambukkana A., 2005) — механизм, который никак не может сформироваться в результате коэволюции M. leprae и Homo sapiens.


Ретровирусы. ВИЧ-инфекция проявляется очевидной патологией — нарушением функционирования иммунной системы. Поэтому с самого начала изучения этой проблемы интерес у ученых вызывали только те феномены, которые имеют отношение к взаимодействию вируса с клетками иммунной системы человека и их последствиям. Такая позиция понятна, если воспринимать события, происходящие с участием иммунной системы человека, во-первых, в его, человека, ощущении времени; во-вторых, если считать наши представления об иммунной системе законченными, нуждающимися лишь в мелких дополнения. А чтобы эта позиция стала еще прочнее, надо просто не учитывать то обстоятельство, что ВИЧ в принципе не может научиться управлять иммунной системой человека, так как у них обоих нет возможности для совместной эволюции и «учебы». ВИЧ, если он вызывает инфекционный процесс у хозяина, то уже не оставляет после себя живых и чему-то «научившихся» (коэволюционировавших) особей.

Роль тканевых макрофагов в патогенезе ВИЧ-инфекции также оказалась очень не похожей на ту, которую им положено играть в иммунном ответе на возбудитель инфекционной болезни, придерживаясь учебников по иммунологии. Было установлено, что они не только не «переваривают» ВИЧ, но и «перетаскивают» его в лимфатические узлы и ткани мозга (Koening S. et al., 1986; Kaul M. et al., 2005; Trujillo R. et al., 2007) (рис. 34).

Рис. 34. Современная модель повреждения и смерти нейронов под воздействием ВИЧ-1-инфекции

ВИЧ проникает в ЦНС с макрофагами. Клетки макрофагальных линий составляют большинство из ВИЧ-1-инфицированных клеток мозга, которые формируют многоядерные гигантские клетки, гистопатологический признак продуктивной ВИЧ-1 инфекции в мозге. Инфицированные макрофаги (MF)/микроглия высвобождают различные нейротоксические субстанции. MMPs (matrix metalloproteinases) — матриксметаллопротеазы. Более подробно о механизмах повреждения мозга при ВИЧ-инфекции см. в работе Kaul M. et al., 2005.


Еще макрофаги играют резервуарную роль для ВИЧ, делая его недоступным ни для средств антиретровирусной терапии, ни для специфических антител (Orenstein J. M. et al., 1997). Но этим «странности» во взаимоотношениях ВИЧ с фагоцитирующими клетками человека не кончаются, они плавно переходят в пробелы в представлениях об эволюции нашего вида (см. подглаву 2.3).

Выше на конкретных примерах показана способность фагоцитирующих клеток человека и почвенных простейших взаимодействовать с микроорганизмами и друг с другом посредством одних и тех же рецепторов — маннозных (mannose receptor, MR) (см. подглаву 2.1 «Простейшие и их паразиты»). Но и ВИЧ демонстрирует этот же путь проникновения в фагоцитирующие клетки человека. После проникновения ВИЧ в макрофаги посредством маннозного рецептора, его дальнейшая судьба напоминает судьбу представителей Brucella sp. — он становится внутриклеточным эндосимбионтом. Такая возможность у ВИЧ существует благодаря его поверхностному гликопротеину gp 120, лишь наполовину представляющему собой белковую молекулу. Оставшуюся половину составляют гликозилированные карбонгидратные группы. Функциональное значение этих остатков сахаров было продемонстрировано через исследование исключительной плотности гликозилирования оболочки HIV-1, предотвращающей связывание и нейтрализацию вируса антителами, но не связывание с маннозными рецепторами макрофагов (Wei X. et al., 2003).

R. Trujillo et al. (2007) установили, что избирательность ВИЧ-1 по отношению к специфическим типам клеток является регулируемой посредством взаимодействия между вирусной оболочкой и клеточными рецепторами. Когда ВИЧ проникает в клетку посредством CD4 и других хемокиновых рецепторов, специфически взаимодействующих с gp120 оболочки вируса, то его «поведение» в клетке становится другим — он начинает реплицироваться, активно используя ресурсы клетки, т. е. «превращается» в паразита (рис. 35).

Рис. 35. Модели проникновения ВИЧ-1 в макрофаги/микроглию

Неинфекционный путь HIV-1 — в присутствии MR (правая схема), богатые маннозой карбонгидраты gp120 инициируют проникновение вируса в макрофаг. Этот путь проявляет себя презентацией антигенов вируса через CD1b-антиген, и индуцирует клеточный иммунитет. Инфекционный путь HIV-1 (левая схема) регулируется через протеин/протеиновое взаимодействие между gp120 ВИЧ-1 и клеточными белковыми рецепторами, сгруппированными с корецепторами. MR — маннозный рецептор (Trujillo R. et al., 2007).


Аналогично Plasmodium (P. knowlesi и P. vivax) ВИЧ использует рецепторы хемокинов, известные как DARC (рецептор хемокина, связанный с антигеном Даффи). DARC экспрессируется эритроцитами, капиллярными эндотелиальными клетками, эпителиальными клетками собирательных почечных трубочек, легочными альвеолами и мозжечковыми клетками Пуркинье (Pogo A. O., Chaudhuri A., 2000), что позволяет эритроцитам действовать как ретровирусный резервуар (Lachgar A. et al., 1998). Любопытно то, что этот рецептор очень древний, так как он взаимодействует с хемокинами C–X-C и C–C подклассов (Lachgar A. et al., 1998), чья эволюционная история начинается в архее (см. подглаву 2.3).


ВИЧ имеет собственный белок, вызывающий хемотаксическую активность моноцитов человека — Nef. Ранее он был известен как фактор, способствующий прогрессированию СПИДа. Но M. H. Lehmann et al. (2006) уточнили механизм его действия. Они установили, что внеклеточный Nef дозозависимо увеличивает миграцию моноцитов; благодаря этому механизму ВИЧ распространяется по организму человека.

Ретровирусы в лабораторных условиях легко инфицируют модельных животных через дыхательные пути. В естественных условиях такой путь передачи не только им не нужен, но и противоречит их стратегии паразитизма (см. подглаву 3.3). Эти результаты можно объяснить по аналогии с вышеприведенными данными следующим образом. ВИЧ легко проникает в альвеолярные макрофаги модельных животных потому, что он уже хорошо знаком с их эволюционными предшественниками — свободноживущими амебами почв.

В пользу последнего предположения также свидетельствуют:

1) многократное инфицирование приматов на протяжении их эволюционной истории ретровирусами одного семействе (см. подглаву 1.3);

2) наличие в геноме отдельных «молодых» видов млекопитающих «древних» ретровирусов приматов.

Например, получены доказательства, по крайней мере, двух «взрывов» распространения ERV–L по геному мышей, но не крыс, имевших место менее чем 10 млн лет назад. Однако в геноме приматов ERV–L «обосновались» не менее чем 45 млн лет назад (Benit L. et al., 1999). Естественно, что мыши не могут быть эволюционной ветвью приматов и инфицировались они ERV–L уже после дивергенции их предкового вида на крыс и мышей. Поэтому объяснить наличие в их геноме копий этих ретровирусов от какого-то общего предка грызунов, а не от источника «вне вида», поддерживающего эти ретровирусы в экзогенном состоянии миллионы лет, весьма затруднительно.

%%%

Ни один из перечисленных в подглаве микроорганизмов, включая ВИЧ, не нуждается для своего поддержания в природе в существовании человека как биологического вида. Поэтому не может быть и речи об их совместной эволюции. Даже те механизмы их взаимодействия, которые производят впечатление «хорошо пригнанных» друг к другу, «пригонялись» в тот период геологического времени, когда в природе господствовали простейшие-эукариоты и прокариотические организмы. ВИЧ взаимодействует с фагоцитирующими клетками человека с использованием тех же механизмов, что и другие паразиты свободноживущих простейших. В то же время поддержание экзогенных ретровирусов клетками реликтовой иммунной системы многоклеточных организмов проявляется другим процессом, эволюционным. Мы рассмотрим его ниже.

2.3. Архейские предки иммунной системы человека

Локус генов Rag1/2. Суперсемейство иммуноглобулинов (Ig-SF). Реликтовая иммунная система человека. «Сборка» многоклеточных организмов. Третий акт творения — «кембрийский взрыв». Торможение эволюции. Гуморальная и клеточная иммунные системы. Белки AID/APOBEC. TRIM5альфа.


Обычно в монографиях, описывающих функционирование иммунной системы человека (см., например, обстоятельную работу Белоцкого С. М. и Авталиона З. З., 2006), ее организация представляется законченной и продуманной схемой, в соответствии с которой все ее звенья дружно противостоят враждебному проникновению опасных микроорганизмов. Общепринятое понимание функционирования иммунной системы иммунологами предполагает исключительно дословное толкование латинского термина immunitas — невосприимчивость организма по отношению к возбудителям заразных болезней. Подразумевается, что где инфекция, там и иммунитет. Отсюда следует убеждение многих ученых в том, что иммунная система человека борется с ВИЧ-инфекцией, и надо только ей помочь в этой борьбе, однако практически сделать это не удается. Для понимания причин этих неудач нам надо заглянуть в прошлое нашей иммунной системы.

Локус генов Rag1/2. Это гены ферментов, являющихся ключевыми участниками V(D)J-рекомбинации (см. Словарь терминов). Традиционно считается, что гуморальная иммунная система, в основе которой лежит V(D)J-рекомбинация, — эволюционное приобретение позвоночных (см. у Купера Э., 1980). Может быть, так оно и есть на самом деле, но вот сам локус генов Rag1/2 имеет гораздо более древнее происхождение, чем позвоночные, и в эволюционный период «до позвоночных» он играл роль рекомбиназы ретровирусов (Fugmann S. D. et al., 2006).

Обнаружено значительное структурное сходство между RAG-белками и белками, принадлежащими к суперсемейству интеграз ретровирусов. Для них установлены общие механизмы рассечения цепей ДНК (одноцепочечный разрыв через гидролиз и перенос нити через трансэстерификацию); потребность в дивалентных ионах металлов (Mg2+ или Mn2+); способность использовать альтернативные нуклеофилы, такие как алкоголь; образование шпилек ДНК; и способность к обратной реакции (disintegration) (Polard P., Chandler M., 1995; Landree M. A. et al., 1999).

Суперсемейство иммуноглобулинов (Ig-SF). Это огромное семейство белков адгезии, название которого более известно по названию одного из факторов иммунной системы позвоночных — иммуноглобулиновых антител, эволюционно появившихся в этом семействе последними. Основными критериями включения белков в суперсемейство являются определенная пространственная организация молекул и статистически достоверная гомология с известными иммуноглобулинами. Каждый домен, входящий в состав иммуноглобулина, представляет собой двухслойное молекулярное образование, построенное по принципу нескольких антипараллельных бета-структур, стабилизированных связями — S — S—. Так образуется молекулярная конформационная структура, свойственная только членам суперсемейства иммуноглобулинов. В англоязычной литературе она получила обозначение Ig-fold (иммуноглобулиновая складчатость) (рис. 36).

Рис. 36. Структурная организация V-демена по A. N. Barclay (1999)

А. диаграмма кристаллографического анализа V-домена тяжелой цепи миеломного белка New человека, демонстрирующая характер двухслойной складчатости типа Ig-fold данного домена. Б. схема связи между бета-структурными слоями и альфа-спиральными положениям Ig-fold. Черные линии — гипервариабельные участки (рисунок из книги Галактионова В. Г., 2005).


В аспекте понимания происхождения самих белков Ig-SF любопытно то, что и они не являются оригинальными структурами, появившимися исключительно для осуществления разнообразных механизмов клеточной адгезии. Да и появиться «ниоткуда» они не могли, природа экономна в том, что касается базовых структур поддержания живой материи. Их происхождение уходит к очень древним белкам адгезии — гистонам, осуществляющим управление работой генов и стабилизирующим вторичную структуру ДНК и хроматина (см. подглаву 1.1). Гистоны управляют скоростью V(D)J-рекомбинации у индивидуума (Espinoza C., Feeney A., 2005). Но Ig-SF в «гистоновом мире» играет более древнюю роль, чем сами гистоны — роль шаперонов, т. е. структур, поддерживающих конформацию эгистонов и определяющих характер гистон/гистонового взаимодействия (рис. 37).

Рис. 37. Ig-SF шаперонов гистоновых белков

А. Общая структура шаперона Asf1N, связывающего гистоновые белки H3альфа3. 1 — Asf1N, связывающийся со спиралью H3альфа3; 2 — бета-цепи (обозначены посредством номенклатуры, принятой для переключающегося типа Ig-подобной складчатости; switched-type Ig-like folds).Б. Структурные детали взаимодействия шаперона Asf1N с гистоновыми белками. 1 — Asf1N; 2 — гистоновые белки H3альфа3. Ван-дер-Вальсовые взаимодействия показаны полукружиями. Ионное спаривание и взаимодействие за счет образования водородных связей показаны пунктирными линиями (по Antczak A. J. et al., 2006).


Следовательно, конформационная структуратипаIg-fold берет свое начало еще в эпоху протоклеточных образований, когда каждый домен гистонового белка образовывался в результате ретротранспозиционной активности первых ретроэлементов. Сформировавшиеся на основе структур типа Ig-fold гидрофобные белки оказались востребованными эволюцией как строительный материал многоклеточности. Посредством дупликаций и перестановок генов, кодирующих Ig-fold, сформировалось суперсемейство иммуноглобулинов.

Сегодня к этому семейству относятся молекулы Т-клеточного антигенраспознающего комплекса, молекулы I и II классов МНС, корецепторы Т-клеток CD4 и CD8, однодоменные белки — Thy-1, b2-м, Р0, различные адгезины и рецепторные молекулы, способствующие контактному взаимодействию иммунокомпетентных клеток или адсорбции различных классов иммуноглобулинов на клеточной поверхности. На лимфоидных клетках одна треть поверхностных молекул — это члены суперсемейства иммуноглобулинов (Галактионов В. Г., 2005).

Наиболее древними в этом суперсемействе являются белки Р0 и Thy-1, так как они представляют собой однодоменные белки, не связанные на клеточной поверхности с какими-либо другими. При этом ген, контролирующий синтез Р0, имеет в средней части интрон. Данное обстоятельство, по мнению В. Г. Галактионова (2005), позволяет предположить его происхождение от гена для полудоменного пептида, составляющего один из бета-структурных слоев в современных доменах IgSF. В результате тандемной дупликации гена для наиболее раннего полудоменного предшественника сформировался Р0-подобный белок. Прошедшая делеция интронной части гена Р0 обеспечила возникновение гена-предшественника для антигена Thy-1. Это событие произошло не менее 2 млрд лет назад. Полипептиды, серологически родственные белку Thy-1 млекопитающих, обнаружены у одноклеточных эукариот и прокариот, дождевых червей, головоногих и брюхоногих моллюсков, рептилий, рыб, птиц. О генной организации и распространенности других членов Ig-SF можно прочитать в книге В. Г. Галактионова (2005), мы же пока остановимся на антигене Thy-1. Его функциональное предназначение точно не определено. Крайне раннее его появление в филогенезе связано с процессом возникновения многоклеточных организмов, когда он выступал в качестве одного из поверхностных молекулярных факторов межклеточной адгезии, используя механизм гомофильного межклеточного взаимодействия, т. е. контактного взаимодействия «своего» со «своим» (Barclay A. N., 1999).

Реликтовая иммунная система человека. В подглаве 2.1 («Простейшие и их паразиты») мы привели экспериментальные данные S. Blazquez et al. (2006), показывающие существование ответных реакций у амеб на фактор некроза опухолей (TNF), интерлейкин-1бета (IL-1бета), интерлейкин-8 (IL-8) и циклооксигеназу-2, аналогичные таковым у нейтрофилов и макрофагов многоклеточных организмов. Следовательно, не только эти хемокины и цитокины стали «средством общения» между эукариотами-простейшими задолго до появления нейтрофилов и макрофагов как клеток иммунной системы позвоночных организмов, но и рецепторы, посредством которых осуществлялось взаимодействие простейших. Эти же рецепторы за миллиарды лет совместной эволюции научились использовать внутриклеточные прокариотические паразиты простейших. В ходе эволюции многоклеточных форм жизни они были унаследованы «все пакетом».

Хемокины. Даже сам термин «хемокин» был применен к этим молекулам, поскольку считали, что их основная биологическая активность является хемотаксической, т. е., направляющей движение клеток по градиентам концентрации хемокинов во время воспалительных реакций. Хотя хемокины представляют только один класс многих типов известных хемотактинов (chemotactins), включающих широкий молекулярный спектр веществ от липидов до нуклеотидов, они выгодно отличаются от остальных благодаря своей молекулярной стабильности и специфичности клеток-мишеней. Любопытно и то, что хемокины представляют собой гомологичное суперсемейство сравнительно небольших белков от 8 до 17 кДа, появившееся в результате дупликации и модификации одного анцестрального гена (Chensue S. W., 2001).

Сравнительный анализ аминокислотных последовательностей млекопитающих и примитивных позвоночных показывает, что группы СХС и СС хемокинов разошлись от предкового гена еще до появления самих позвоночных (Najakshin A. M. et al., 1999) (рис. 38).

Рис. 38. Эволюция семейств хемокинов

Суперсемейство хемокинов делится на подклассы (подсемейства) на основе расположения цистеиновых остатков, локализованных в N-терминальной области этих молекул. Подклассы обозначены как С, СС, СХС и СХХХС, где С означает количество цистеиновых остатков в N-терминальной области, а Х представляет количество лежащих между ними аминокислот. Подсемейство СХС разделяется иногда еще на типы ELR и non-ELR на основании присутствия или отсутствия последовательности из трех аминокислот (Глу-Лей-Арг), которая предшествует первому цистеиновому аминокислотному остатку первичной структуры этих хемокинов. Присутствие последовательности сообщает ангиогенную функцию этому типу хемокинов, тогда как ELR-отрицательные хемокины обнаруживают ангиостатические свойства. Все основные подсемейства хемокинов сформировались еще до появления позвоночных животных (Najakshin A. M. et al., 1999).


Рецепторы хемокинов. Впервые они были описаны на «опережающем объекте» таких исследований, на лейкоцитах. Впоследствии рецепторы хемокинов обнаружены на эндодермальных, мезенхимных, эктодермальных и нейроэктодермальных клетках многоклеточных организмов. Однако если сопоставить данные, приведенные на рис. 38, с данными, обобщенными в табл. 9, то следует сделать вывод, что основные подсемейства лимфокинов, взаимодействующих с клетками современных позвоночных, и соответственно их рецепторы существовали еще до сформирования этого таксона, и при определенной настойчивости их всех можно найти и у простейших. Работа S. Blazquez et al. (2006) — это сигнал о «созревающем» направлении таких исследований.

Таблица 9. Рецепторы хемокинов[12]

Рецептор | Лиганды | Экспрессия | Хромосома[13]

Подсемейство СХС

CXCR1 | IL-8, KC, MIP-2 GCP-2 | Нейтрофилы, моноциты, базофилы, тучные клетки, эндотелиальные клетки, Т-клетки, NК-клетки | 2 (Ч)

CXCR2 | IL-8, GRO-альфа, NAP-2, ENA-78 | Нейтрофилы, моноциты, базофилы, тучные клетки, эндотелиальные клетки, Т-клетки, NK-клетки, астроциты, нейроны | 2,1 (Ч,М)

CXCR3 | IP-10, MIG, I-TAC | Активированные клетки Th1 | Х (Ч,М)

CXCR4 (фузин) | SDF-1альфа | Миелоидные клетки, Т-клетки, В-клетки, эпителиальные клетки, эндотелиальные клетки, дендритные клетки | 2, 1 (Ч,М)

CXCR5 (BLR1) | BLC/BCA-1 | В-клетки | 11, 9 (Ч,М)

DARC (антиген | Duffy) | IL-8, GRO-альфа, RANTES, MCP-1, TARC | Эритроциты, эндотелиальные клетки, Т-клетки | 1 (Ч)

Подсемейство СС

CCR1 | MIP-1альфа, RANTES, MCP-3, MPIF-1, HCC-1 | Нейтрофилы, моноциты, тучные клетки, Т-клетки, В-клетки, клетки NK, астроциты, нейроны | 3,9 (Ч,М)

CCR2a, CCR2b | MCP-1, MCP-3, MCP-4 | Моноциты, Т-клетки, В-клетки, базофилы | 3,9 (Ч,М)

CCR4 | MDC, TARC | Базофилы, клетки NK, дендритные клетки, клетки Th1, клетки Th2 | 3,9 (Ч,М)

CCR3 | Эотаксин 1–3, RANTES, MCP-3, MCP-4 | Клетки Th2, эозинофилы, базофилы | 3,9 (Ч,М)

CCR5 | RANTES, MIP-1альфа, MIP-1бета | Моноциты, дендритные клетки, клетки Th1, эпителиальные клетки | 3,9 (Ч,М)

CCR6 | LARC/MIP-3альфа/Exodus | Лимфоциты, дендритные клетки | 6(Ч) | CCR7 | SLC/6Ckine/Exodus2/TCA4, | CКbeta-11/MIP-3beta/ELC | Т-клетки, В-клетки, моноциты, клетки NK, дендритные клетки | 17 (Ч)

CCR8 | 1309/mТCA3,TARC | Моноциты, клетки Th2, клетки гладкой мышцы, тимоциты | 3(Ч)

CCR9 | TECK,RANTES MIP-1альфа, | MIP-1бета | Тимоциты, дендритные клетки, активированные макрофаги | 3 (Ч)

CCR10 | CTACK/ILC | Т-клетки, фибробласты, меланоциты, клетки Лангерганса, плацентарные клетки, клетки печени | 3 (Ч)

Подсемейство XCR

ХCR (GPR5) | Лимфотактин | Т-клетки, В-клетки, клетки NK | 3 (Ч,М)

Подсемейство СХ3CR1

CX3CR1 (V28) | Fractalkine | Клетки NK, моноциты, Т-клетки | 3(Ч)


Хемокины оказывают действие на фагоцитирующие клетки единообразно — через рецепторы, связанные с гуанозиннуклеотидом-белком (guanosine nucleotide-protein-coupled receptor; GPCR). Подобно всем рецепторам, связанным с GPCR, рецепторы хемокинов имеют семь трансмембранных гидрофобных доменов с тремя внутриклеточными и тремя внеклеточными гидрофильными петлями. Потенциально гликозилированная внеклеточная аминотерминальная область участвует в связывании хемокина, тогда как внутриклеточная карбокситерминальная область участвует в связывании с белком G и подвержена регуляторному фосфорилированию. Активация рецепторов хемокинов начинается со связывания с внеклеточным лигандом, что инициирует взаимодействие с внутриклеточными покоящимися ГДФ-несущими тримерными белками G. Это приводит к обмену ГДФ на ГТФ, вызывая распад белка G на субъединицы альфа-G и бета/гамма-G. Последняя субъединица, в свою очередь, активирует такие ферменты как фосфолипаза С и фосфоинозитид-3-киназа, которые конвертируют фосфотидилинозитол-4,5-дифосфат (IP2) в фосфотидилинозитол-1,4,5-трифосфат (IP3) и диацилглицерин (DAG). IP3 стимулирует приток ионов кальция, и DAG активирует изоформы протеинкиназы С (РКС). Таким образом, подготавливается внутриклеточная среда для фосфорилирования с участием ряда киназ (например, активированная митогеном протеинкиназа, протеин-трипсин-киназа) и небольших ГТФаз (например, Ras и Rho), которые в конечном счете оказывают влияние на клеточные функции, такие как адгезия, хемотаксис, дегрануляция и взрыв респираторной активности (Luttrell L. M. et al., 1997).

Белки трансдукции сигналов. Интересным аспектом биологии макрофагов было обнаружение связи их рецепторов с белками G, представляющими большой класс белков трансдукции клеточных сигналов (Locati M., Murphy P. M., 1999). Но и у этих белков эволюционная история начинается в архее. Анализ последовательностей альфа-субъединиц гетеротримерного G-белка Protozoa, проведенный D. C. New и J. T. Wong (1998), показал, что они имеют не только обширную гомологию со своими двойниками у млекопитающих, но и абсолютную гомологию последовательностей наиболее значимых функциональных регионов этих белков.

GPCR относятся к суперсемейству родственных рецепторов, участвующих в трансдукции широкого спектра внеклеточных сигнальных молекул, таких как гормоны, нейротрансмиттеры, цитокины (интерлейкины, факторы некроза опухоли и интерфероны — способны регулировать экспрессию хемокинов и наоборот), ароматизаторы, свет и др. Рецепторы хемокинов имеют длину от 320 до 380 аминокислот. Также как и сами хемокины, они обнаруживают значительную гомологию последовательностей. Всего их более тысячи, и их рассмотрение не входит в задачу этой работы (более подробно о рецепторах хемокинов см. у Chensue S. W., 2001).

Как «не по учебнику» в отношении некоторых бактерий и вирусов ведут себя мобилизованные хемокинами фагоцитирующие клетки позвоночных, мы уже кратко рассмотрели выше (см. подглаву 2.1). Но выбросы фагоцитирующими клетками хемокинов дают и другие эффекты, обычно не включаемые в однозначные схемы функционирования иммунной системы, предназначенные для студентов. Например, этиологический агент болезни Лайма, Borrelia burgdorferi, стимулирует синтез MIP-1альфа, IL-8, GRO-альфа, MCP-1 и RANTES человеческими моноцитами. Но их появление в крови в повышенных количествах не только не приводит к эффективной элиминации макрофагами бореллий из организма человека, но и вызывает повреждение его тканей и хронический артрит (Sprenger H. et al., 1997). H. Yoneyama с сотр. (1998) продемонстрировали, что внезапно и быстро развивающийся гепатит, индуцированный Propionibacterium acnes и эндотоксином, зависел от TARC — лиганда CCR4, ответственного за мобилизацию печеночных СD4+ Т-клеток ССR4+ хозяина. Мобилизация иммунных клеток ассоциировалась с печеночной недостаточностью, приводящей к летальным исходам. Здесь важно отметить и другую сторону повреждения паразитическим организмом тканей хозяина и следующего за этим летального исхода болезни — они оказываются совершенно бессмысленными для поддержания в природе самого паразита.

Нет необходимости приводить такие наблюдения дальше. Их более чем достаточно, что бы усомниться в «разумном устройстве» (с точки зрения человека, конечно) организации нашей иммунной системы на уровне взаимодействия фагоцитирующих клеток между собой и с паразитическими микроорганизмами. Да и сами паразиты не могут «похвастать» целесообразным поведением в отношении макрофагов. Впрочем, эту иммунную систему специально никто и не создавал по какому-то заранее продуманному плану, предполагая, что ее основное предназначение состоит в элиминации патогенных микроорганизмов. Она случайно сложилась из клеток, первоначально предназначенных выполнять всего лишь роль «мусорщиков» у первых многоклеточных организмов (как, например, это делают блуждающие амебоциты у губок), но в ходе эволюции хордовых закрепилась за ними естественным отбором. В интересах дальнейшего изложения материала назовем ее реликтовой иммунной системой.

«Сборка» многоклеточных организмов. Архейская жизнь предполагала сложную систему отношений между одноклеточными организмами. Они «общались» между собой с помощью сигнальных молекул, известных нам сегодня под общими названиями хемокинов и лимфокинов. Их рецепторы воспринимали химические сигналы, поступавшие из окружающей среды, а белки трансдукции сигналов управляли клеточными функциями. Ни центральной нервной системы, ни «мыслительной деятельности» для существования таких организмов в течение сотен миллионов лет не требовалось. Но такого количества жизни, которое существовало в конце Архея и в Протерозое, на планете никогда больше не было, чему есть следующее подтверждение.

В 1990-е гг. на архипелаге Шпицберген открыта уникальная по полноте последовательность позднепротерозойских осадков, отлагавшихся в период с 850 до 600 млн лет назад. Исследовав эти осадки на предмет изотопного отношения 12C/13C, Э. Нолль (1996) установил, что на протяжении всего этого времени темпы захоронения органического углерода оставались самыми высокими за всю историю Земли (цит. по работе Еськова К. Ю., 2004). Несомненно то, что жизнь именно тогда пережила свой период количественного «расцвета».

И такая жизнь могла бы быть вполне самодостаточной, если бы в ее организацию не вмешивалась ретровирусная эволюция (см. подглаву 1.1). Антиэнтропийные процессы наращивания и усложнения генома одноклеточных организмов, вызванные увеличением числа копий их генов и появлением новых экзонов, продолжались (их механизмы см. в подглаве 1.2) — эволюционный маховик раскручивался; 840–740 млн лет назад появились первые эволюционные пробы многоклеточности. Ими были бесскелетные организмы, названные по месту обнаружения хайнаньской биотой — первый акт творения многоклеточной жизни. Для них характерно членистое строение, отражающее дупликацию генетического материала, осуществляемую ретроэлементами.

Однако сложные многоклеточные формы жизни, как и миллиарды лет до этого (в нашем ощущении времени), все еще не закреплялись естественным отбором. Демону Дарвина не хватало механизма поддержания «многоклеточности», предполагающего соединение в единое целое «своих» и исключение «не своих» клеток. Этот механизм мог сформироваться на основе молекул специфической адгезии. Но для того чтобы такая «специфичность» появилась у поверхностных белков сотен разных клеток, формирующих целостный организм, естественный отбор должен был «перепробовать» миллионы вариантов адгезионных молекул. Выбирать же Демону Дарвина было пока не из чего, о чем свидетельствуют окаменелые останки так называемой эдиакарской фауны, сменившие хайнаньскую биоту 620–600 млн лет назад (более подробно о них см. в работе Иванцова А. Ю., 2001). Система вновь достигла равновесного, стабильного состояния.

Второй акт творения многоклеточной жизни обозначил себя организмами, форма тела которых была построена по типу «стеганого одеяла», т. е. оно состояло из однообразных члеников, устроенных по одному образцу — различные варианты широкой ленты со вздутиями. Наличие повторов таких сложных структур, как членики, свидетельствует о первых пробах кластерной организации генов. Видовое разнообразие на этом уровне дифференциации многоклеточных организмов еще было незначительным (рис. 39).

Рис. 39. Эдикарская фауна — пример игр ретроэлементов в эволюцию

Сприггина — по-видимому, кольчатый червь, начавший эволюционировать в сторону членистоногих (образовался головной щит, почти как у трилобита). «Существа» строятся за счет повторов кластеров генетической информации. Питаясь путем диффузии через поверхность тела, они не нуждались во внутренних органах; и, возможно, были не многоклеточными, а синцитиальными (многоядерными). Рисунок с сайта: http://www.macroevolution.narod.ru/_pediacara.htm.


Нельзя считать, что и та эволюционная игра ретроэлементов была неудачной. Эдикарская фауна существовала десятки миллионов лет и оставила след в геологических отложениях. Такие «стеганые одеяла» достигали до полутора метров в длину и, возможно, они до сих пор качались бы в морской толще, если бы не накопившаяся критическая масса ретроэлементов. Из них и благодаря им начал формироваться механизм генных перестановок, известный сегодня как V(D)J-рекомбинация. Этот процесс, как впрочем, и все остальное в эволюции, начался со случайности.

По данным, обобщенным В. Г. Галактионовым (2004, 2005), J. Klein и H. Nicjladis (2005), прародителем V-генов суперсемейства иммуноглобулинов (вариабельные области L- и H-цепей иммуноглобулинов — от их взаимодействия между собой зависит специфичность иммуноглобулиновых белков) был ген белка Thy-1. Он образовался не менее 2 млрд лет назад в результате дивергенции какого-то другого более древнего гена белка, послужившего прототипом V- и С-доменов (см. «Суперсемейство иммуноглобулинов»).

Но прежде чем возникло основное свойство Ig-SF — разнообразие специфического взаимодействия с высокомолекулярными структурами, должно было произойти другое важное эволюционное событие — фрагментация V-гена. Ждать его после появления гена белка Thy-1 пришлось всего 1,5 млрд лет. Главным «виновником» формирования современного Ig-SF оказался ретровирус, который внедрился в единый V-ген предков позвоночных животных около 450 млн лет назад. Это событие привело к расщеплению V-гена на собственно V-ген и D- и J-сегменты. Геномные участки, оказавшись самостоятельными, подвергались обычным генетическим процессам — в первую очередь транслокациям, тандемным дупликациям, рекомбинациям и случайным мутациям, инициируемым ретроэлементами.

Сначала многообразие таких структур увеличивалось за счет транслокаций (например, члены Ig-SF, имеющие V2-C2- и V1-C1-комбинации доменов) и тандемных дупликаций, включающих не только отдельные С- и V-гены, но и генные блоки V–C, в том числе те, которые усложнены включением D- и J-сегментов (V-D-J-C) или (V-J-C); т. е. в организации таких генов можно увидеть аналогию со «стегаными одеялами» эдикарской фауны. В результате сформировался кластерный тип контроля над специфичностью антиген-распознающих молекул. Однако подобный тип формирования Ig-SF имел пределы, обусловленные величиной генома и невозможностью бесконечного наращивания кластерного типа организации генов. И вновь эволюции жизни помогла «случайность» ретровирусной эволюции, обусловленная активностью ретроэлементов генома простейших и первых многоклеточных.

Интродуцировавшиеся в геном первых позвоночных ретровирусные гены рекомбиназ RAG-1 и RAG-2 ускорили процесс реорганизации V-, D-, J-генных сегментов (см. «Локус генов Rag1/2»). Случайность объединения V-, D-, J-генных сегментов определила множественность синтезируемых V-доменов и возможность дальнейшей эволюции специфического иммунитета. Сколько потребовалось миллионов лет для реализации такой «случайности», неизвестно, но их уже не приходилось «ждать» миллиарды лет — эволюционный маховик начал раскручиваться. Возникло множество V-генов (у млекопитающих в настоящее время их более 500). Недавние исследования последовательностей генома человека показали, что Ig-домены кодируют не менее 765 генов из 24 тыс. (Lander E. S. et al., 2001). Подробно об этих процессах можно прочитать в работах В. Г. Галактионова (2005) и J. Klein и H. Nicjladis (2005), ниже мы приводим только схему эволюции Ig-SF (рис. 40).

Рис. 40. Схема эволюции Ig-SF по J. Klein и H. Nicjladis (2005)

Молекулы ГКГС, рецепторов Т- и В-клеток появляются в результате процессов, за которыми всегда стоят ретроэлементы — дупликации и рекомбинации общих (анцестральных) генов. В данном случае это были гены, кодирующие бета-структурные слои и альфа-спиральные положения Ig-fold.


С закреплением естественным отбором механизма V(D)J-рекомбинации, стало возрастать количество структур, способных к специфическому узнаванию «своего» (гомофильное узнавание) и «чужого» (гетерофильное узнавание). Дупликации и перестановки экзонов генов Ig-SF дали естественному отбору больше альтернатив в выборе конкурентоспособных многоклеточных структур. Эволюция живых существ теперь могла идти не только по пути наращивания структур, устроенных по одному образцу, но и по пути их дифференциации (табл. 10).

Таблица 10. Антигенраспознающие рецепторы и иммуноглобулинподобные белки с гомофильной и гетерофильной формами взаимодействия в различных систематических группах[14]

Молекулярная формула | Обозначение | Таксономическая группа | Взаимодействие с лигандом

V2 | Thy-1, Po | От одноклеточных до млекопитающих | Гомофильное

V2-V2 | RTK, SAM | Губки | Гомофильное

V2-V2 | DTRK | Насекомые | Гомофильное

V2-V2/C2 | NITR | Костистые рыбы | Гомофильное

V1-C1-C1-C1-C1-C1 | NAR | Хрящевые рыбы | Гетерофильное

(Vl-D-J-Cl)n | Ig, TKP | Хрящевые рыбы | Гетерофильное

Vln-Dn-Jn-Cln | Ig, TKP | Челюстноротые позвоночные | Гетерофильное


Осуществляющие функцию фагоцитоза симбионты-простейшие (выше их совокупность в пределах многоклеточного организма мы условились называть реликтовой иммунной системой), по-прежнему, как и в архее (см. подглаву 2.2), использовались отдельными паразитическими микроорганизмами для размножения, но уже в пределах многоклеточного организма. Естественный отбор не мог предложить многоклеточным организмам альтернативу Ig-SF, выходящую за рамки организации сложившихся межклеточных взаимодействий.

Многоклеточность могла «работать» против ретровирусов, если бы она не закреплялась естественным отбором параллельно с системами репродукции и иммунитета. Этот механизм очень важно понять.

Среди простейших эукариотов ретровирусы передавались как вертикально при их делении (эндогенные ретровирусы и ретроэлементы), так и горизонтально (экзогенные ретровирусы путем взаимодействия с рецепторами на поверхности клеток или прямой передачей по филоподиям; см. подглаву 1.1). По мере усложнения многоклеточной жизни эти механизмы распространения ретровирусов должны были потерять свое значение по следующим причинам.

Во-первых, специализация клеток (тканей) вела к тому, что многоклеточные организмы неизбежно должны были получить некую оболочку, отграничивающую их от окружающей среды. Тем самым блокировался бы и доступ к рецепторам клеток, в которых происходит их персистирование и размножение, т. е. в фагоцитирующих клетках, теперь уже специализирующихся в роли «мусорщиков». Что и произошло в отношении других паразитов свободноживущих простейших, например, возбудителей чумы, сибирской язвы, туляремии, ортопоксвирусных инфекций и др., не способных интегрироваться с геномом хозяина. Случайно попав в организм многоклеточного животного, они либо вызывают его гибель, либо элиминируются клетками иммунной системы, осуществляющими функцию «присмотра» за их потенциальными хозяевами — фагоцитирующими клетками (см. ниже «Иммунная система»). Использовать его для собственного поддержания в природе они не могут (см. подглаву 2.2).

Во-вторых, «унаследованные» многоклеточными организмами ретровирусы и другие ретроэлементы без механизма их обмена с другими многоклеточными организмами, подверглись бы нейтральной эволюции и генетико-автоматическим процессам.

Оба этих явления, разумеется, имели место в ходе эволюции многоклеточных форм жизни постоянно, но они компенсировались горизонтальной передачей экзогенных ретровирусов и их последующей (а иногда и повторной) эндогенизацией (см. подглаву 1.2). А вот ответ на вопрос — почему естественный отбор закрепил горизонтальную передачу ретровирусов за многоклеточными, может быть следующим. Он не мог отобрать другие формы многоклеточной жизни — без ретровирусов они не «собрались» в единое целое и не размножались.

Эндогенные ретровирусы активны на всех этапах репродукции многоклеточных организмов: сперматогенез и овуляция, регуляция экспрессии генов плаценты, трофоэктодермальный рост и дифференциация (trophectoderm growth and differentiation), взаимодействие между плодом и матерью, подавление иммунных реакций со стороны организма материи в отношении плода, дифференциация тканей плода и др. (см. работы Arimi M. M. et al., 2006; Prudhomme S. et al., 2005). Уже у кольчатых червей (Annelida, сегментированные черви) многочисленные фагоцитирующие клетки не способны поглощать живые сперматозоиды своего вида, но активно устраняют погибшие клетки и сперматозоиды других видов (Купер Э., 1980).

Показателен и сам механизм участия эндогенных ретровирусов в формировании плода. В плаценте оболочечные белки ретровирусов выполняют ту же роль белков слияния, что и при формировании протоклеточных образований в архее; и при переходе одноклеточных форм жизни в многоклеточные во времена так называемой эдиакарской фауны (см. рис. 39). Они экспрессируются в синцитиотрофобластном слое (syncytiotrophoblast layer), образованном посредством слияния мононуклеарных цитотрофобластов, и образуют участки синцития в тех участках плаценты, где начинается взаимодействие матери и плода (Dunlap K. et al., 2006). Уже эти данные свидетельствуют о том, что информация, определяющая целостное развитие многоклеточного организма, хотя и содержится в зиготе, но только как некая потенция, которая не реализуется без участия ретровирусов матери.

Путь экзогенным ретровирусам в многоклеточный организм прокладывается и подстраховывается самим многоклеточным организмом посредством полового процесса. Феномен хорошо изучен у людей. Семянная жидкость содержит большое количество различных иммуносупрессивных агентов. Они подавляют иммунные реакции на аллогенные белки, представленные на поверхности сперматозоидов и в семянной жидкости, со стороны слизистых поверхностей нижних половых путей женщины. Это увеличивает продолжительность жизни сперматозоидов и гарантирует зачатие (Kelly R. W. et al., 1991). Но одновременно семянная жидкость препятствует устранению инфицированных вирусами макрофагов посредством киллерной активности Т-клеток и натуральных киллерных клеток (NK-клетки), так как действие цитокинов, вызывающих такие реакции, переключается макроорганизмом «с точностью наоборот». Активность этих клеток стимулируется интерлейкином 12 (IL12) и подавляется интерлейкином 10 (IL10), однако в нижних родовых путях женщины активность IL12 подавлена, а IL10 стимулирована (Kelly R. et al., 1997).

Сами сперматозоиды к передаче экзогенных ретровирусов между особями вида Homo sapiens отношения не имеют. По данным A. J. Quayle et al. (1997), в 75 % исследованных им образцов спермы ВИЧ-серопозитивных людей ВИЧ были инфицированы Т-клетки, и в 38 % образцов — макрофаги. Но ими ни в одном эксперименте не была обнаружена ДНК ВИЧ в подвижных сперматозоидах. По данным же P. L. Vernazza et al. (1997), количество РНК ВИЧ крови коррелирует с количеством РНК ВИЧ семянной жидкости, т. е. по отношению к ВИЧ кровь и семянная жидкость являются «сообщающимися сосудами».

Система иммунитета , которую привычно называют «врожденной» (фагоцитоз, комплемент), также соблюдает интересы ВИЧ, а не человека. По данным H. Bouchlal et al. (2002), оба, X 5- и R 5-тропные штаммы вируса проникают через слизистую и инфицируют эпителий половых путей благодаря активации факторов комплемента, содержащихся в семянной жидкости. Благодаря опсонизации они инфицируют клетки, имеющие рецептор комплемента на своей поверхности.

Еще более надежно «подстраховывается» иммунной системой человека передача ВИЧ от матери к плоду. Его транспорт через синцитиотрофобластный слой осуществляется с помощью антител к gp120 и gp41 по обоим механизмам, объединенным под названием «феномен антителозависимого усиления инфекции» (см. Toth F. D. et al., 1994; и подглаву 3.2 «Феномен антителозависимого усиления инфекции»).

Третий акт творения — «кембрийский взрыв». Теперь, когда иммунная система первых позвоночных «научилась» поддерживать их целостную структуру и одновременно стала средой размножения ретровирусов, вращение маховика эволюции ещеболее ускорилось. Палеонтологи отмечают, что 490–435 млн лет назад (Кембрий) на планете появились многоклеточные организмы современного типа, начался их выход из морей на материки и освоение ими всей поверхности Земли — этот феномен назван учеными Кембрийским взрывом. В триасе (Триасовый период, 230–190 млн лет назад) вращение маховика эволюции достигло своего максимума. В эволюции таксонов дупликации отдельных генов уступают их кластерной организации, теперь уже кластеры генов дуплицируются ретроэлементами, что периодически проявляется «неадаптивными признаками» у стремительно появляющихся новых многоклеточных видов. По суше затоптались животные причудливых форм и огромных размеров, само существование которых трудно объяснить «дарвиновской приспособленностью»: диплодки — нелепые травоядные гиганты с маленькой головой на тонкой длинной шее из десятков повторяющихся позвонков, поворачивающихся только в горизонтальном направлении. При наличии длинной шеи тяжелому диплодку пришлось миллионы лет питаться низкорослой растительностью на болотах; стегозавры — массивные травоядные ящеры с двумя рядами асимметрично повторяющихся тонких треугольных костяных пластин на спине, предназначение которых до сих пор вызывает споры среди ученых; и др. В конце юра (Юрский период, 190–136 млн лет назад) рыбу в морях ловили летающие ящеры-птеранодоны с размахом крыльев до 18 метров. И ответ на вопрос, кто тут к кому «приспосабливался» — вид к «неадаптивному признаку» или «неадаптивный признак» к виду, а вместе — к условиям окружающей среды, никак однозначно не следует из дарвиновских представлений об «эволюции без скачков». Но такое буйство разнообразия жизни должно было когда-то кончиться. Оно и кончилось — маховик эволюции «пошел в разнос» в меловом периоде (136—66 млн лет назад), что проявилось, прежде всего, вымиранием рептилий. Им на смену в высвободившиеся экологические ниши пришли млекопитающие (Палеогеновый период, 66–25 млн лет назад). Но их «золотой век» оказался еще короче, они стали угасать в неогене (Неогеновый период, 25—1,8 млн лет назад). Ныне живущие слоны, носороги, лошадиные лишь жалкие остатки палеогеновой фауны млекопитающих.

Торможение эволюции. Разумеется, некоторые палеонтологи объясняют массовые вымирания видов (кризисы биоразнообразия) тектоническими катастрофами и климатическими изменениями, и, в частности похолоданием климата. При этом они как бы не замечают того, что эти «вымирания» растягивались на десятки миллионов лет. Продолжительность же ледниковых эр на Земле составляет не менее трети всего времени ее эволюции за последние 2,5 млрд лет. А если учесть длительные начальные фазы зарождения оледенения и его постепенной деградации, то эпохи оледенения займут почти столько же времени, сколько и теплые, безледные, условия. Интересно то, что великое оледенение Пермского периода (закончилось 270 млн лет назад) не привело к принципиальному изменению фауны (более подробно о ледниковых периодах в истории Земли см. в кн. Б. Джона с соавт., 1982).

Сегодня (Кайнозой) условия для существования жизни лучше, чем в конце Архея и в Протерозое, однако биологическое разнообразие на планете снижается. И тому должны быть более серьезные основания, чем деятельность человека, так как и ему самому она не дает идеальной адаптации к факторам внешней среды. За последние 30 тыс. лет из трех видов «мыслящих» приматов, вымерли два, но и они уже не отражали того многообразия «мыслящей жизни», которое породили среди приматов толчки ретровирусной эволюции 5–2 млн лет назад (см. подглаву 1.2 и и рис. 6).

Когда эволюционисты пишут о неадаптивных признаках или видах, то обычно подразумевается то, что их должен устранить естественный отбор и, естественно, немедленно. Но в эволюции «немедленно» может соответствовать геологическим периодам или даже эпохам. Поэтому палеонтологи только фиксируют выборку видов-долгожителей из общей массы когда-либо возникавших форм. Быстро эволюционирующие виды наряду с быстро вымирающими видами не оставляют заметных следов в истории биосферы (рис. 41).

Рис. 41. Эволюция позвоночных

А — Многообразие групп позвоночных с отсутствующими звеньями быстро вымерших видов (пунктирные линии). Б — кембрийская фауна; естественный отбор «экспериментирует» дупликациями генетического материала. В — Триас; ящер-стегозавр с «неадаптивными» метровыми позвонками, образующими гребень с натянутой перепонкой — естественный отбор «манипулирует» уже кластерами генов и дупликациями генетического материала, ящер же долго не задержался. Г — конец палеогена; каменные ступка и пестик, найденные в 1877 г. в породе, возраст которой насчитывает не менее 33 млн лет. Совсем не обязательно в этой находке видеть артефакт — в подглаве 1.2 приведены данные, показывающие, что активность мозга зависит от сценариев активности HERV-K и Alu-элементов. Предметы могли быть сделаны мыслящими существами палеогена, но не обязательно людьми. Интеллект — это не самый надежный адаптивный признак даже для человеческого общества. Для естественного отбора плоская голова может оказаться предпочтительней «мыслящей». Рисунки из книг Бэджента М., 2004; Яблокова А. В. и Юсуфова А. Г., 1998.


Если использовать терминологию, предложенную создателем неравновесной термодинамики И. Пригожиным (см., Пригожин И., Стенгерс И., 1986), то быстро эволюционирующие и быстро вымирающие виды можно назвать диссипативными , т. е. они представляют собой безвозвратные потери энергии (диссипации), затраченной в ходе ретровирусной эволюции на самоорганизацию живого. На эволюционном древе, если таковое удается построить, диссипативные виды занимают место коротких боковых побегов от основного ствола, оборвавшихся по неясным причинам.

Торможение маховика эволюции осуществлялось теми же разнонаправленными механизмами, какими он раскручивался, поменялся только их суммарный вектор. Ретровирусы, реплицирующиеся в цитоплазме клеток иммунной системы многоклеточных организмов, распространялись между особями половым путем, приводя к вымираниям те виды, где они не смогли пройти через процесс эндогенизации. Раскручивание маховика эволюции привело к переизбытку экзогенных ретровирусов, и, соответственно, к чрезмерному вымиранию молодых видов. Их эволюция обрывалась, биологическое разнообразие на планете сокращалось. Эндогенизировавшиеся ретровирусы увеличивали пластические возможности генома таксона и способствовали его эволюции по пути анагенеза или кладогенеза (см. подглаву 1.2). Однако и этот процесс оказался с «изнанкой».

Эндогенизация ретровирусов имела свои пределы из-за ограниченной емкости генома данного таксона — ретровирусная эволюция уступала место нейтральной (более подробно о феномене нейтральной эволюции см. в работе Masatoshi N., 2005). Но сами эндогенные ретровирусы не являлись статическими объектами. Они участвовали в неаллельных гомологических рекомбинациях генома хозяина (non-allelic homologous recombination), интегрировались с функционирующими генами, блокируя их функцию, тем самым снижали жизнеспособность отдельных особей (см. подглаву 4.2.4.). К тому же они и наследовались в последующих поколениях по законам Менделя. Их накопление в крупных панмиксических популяциях выше какого-то критического предела делало пластичность генома чрезмерной для дальнейшего существования вида.

Большое количество активных ретроэлементов способствовало избыточному синтезу обратной транскриптазы. Она транскрибировала случайным образом и с большим количеством ошибок (неправильные вставки оснований в растущей цепи кДНК с частотой от 1 на 1700 до 1 на 4000 оснований) уже не только ретровирусную РНК, но и другие клеточные РНК, обычно транскрибируемые РНК-полимеразой III. В результате активные транскрибируемые гены замещались псевдогенами, и эффективные метаболические процессы, лежащие в основе гигантизма триасовой жизни и великолепных форм юра, тормозились. На смену причудливым гигантам пришли «приглаженные» естественным отбором невзрачные мелкие особи с геномом, «забитым» псевдогенами (табл. 11).

Таблица 11. Псевдогены у человека и грызунов[15]

Ген | Число генов | Число псевдогенов

ЧЕЛОВЕК

Аргинино-сукцинат синтетаза | 1 | 14

В-актин | 1 | 20

В-тубулин | 2 | 15–20

Cu/Zn супероксид-дисмутаза | 1 | 4

Цитохром С | 2 | 20–30

Дигидрофолат-редуктаза | 1 | 5

Немускульный тропомиозин | 1 | 3

Глицеральдегид-3-фосфат дегидрогеназа | 1 | 25

Фосфоглицерат-киназа | (ген и ретроген) | 2 | 1

Рибосомальный белок L32 | 1 | 20

Триозо-фосфат изомераза | 1 | 5–6

МЫШЬ

А-глобин | 2 | 1

Цитокератин эндо-А | 1 | 1

Глицеральдегид-3-фосфат дегидрогеназа | 1 | 200

Миозин (легкая цепь) | 1 | 1

Пропиомеланокортин | 1 | 1

Рибосомальный белок L7 | 1–2 | 20

Рибосомальный белок L30 | 1 | 15

Рибосомальный белок L32 | 1 | 16–20

КРЫСА

А-тубулин | 2 | 10–20

Цитохром С | 1 | 20-30


Введенное мною положение о ретровирусной эволюции (см. подглаву 1.1) возможно поможет найти некоторый консенсус в спорах между эволюционистами и креационистами (антиэволюционистами), касающихся причин якобы отсутствия промежуточных видов, подтверждающих сам феномен эволюции, и невозможности наблюдать эволюционные процессы сегодня. По первому предмету спора я писал выше. По второму выскажу только осторожное предположение. Массового видообразования в четвертичном периоде палеонтологи не фиксируют из-за исчерпания емкости генома большинства существующих таксонов позвоночных, о чем косвенно свидетельствуют псевдогенизация эволюционно наиболее активных их генов и возраст наиболее распространенных ретроэлементов (см. подглаву 1.2); но по этим же причинам палеонтологи имеют возможность фиксировать вымирание отдельных видов как часть эволюционного процесса.

Гуморальная и клеточная иммунные системы. Простейшие — фагоцитирующие эндосимбионты многоклеточных образований не могли при дальнейшем усложнении многоклеточной жизни защитить ее от случайного проникновения отдельных прокариотов и одноклеточных эукариотов. Отработанные в течение миллиардов лет совместной эволюции механизмы лиганд-рецепторного узнавания между этими формами жизни продолжали действовать и в новых условиях. Благодаря им реликтовая иммунная система играла роль Троянского коня для многоклеточного организма (см. подглаву 2.2). Поэтому преимущество под давлением естественного отбора стали получать многоклеточные виды, у которых формировались взаимосвязанные системы по узнаванию и элиминации инфицированных фагоцитирующих клеток. У позвоночных они сложились еще в одну систему иммунитета, которую ученые условно делят на гуморальную и клеточную.

Паразит (микоплазма, бактерия или вирус), попав в организм позвоночного животного, встречает там уже не только своих «старых знакомых» по архейской эре — фагоцитирующие клетки, но и нечто качественно иное — иммунную систему — т. е. комплекс взаимосвязанных реакций органов и тканей макроорганизма на такое проникновение. И если судить по работе Marketon M. et al. (2005), он «не узнает» клетки иммунной системы, эволюционировавшие уже в многоклеточных организмах. В селезенке мыши при экспериментальной чумной инфекции практически не поражаются Т- и В-клетки, составляющие там большинство. Зато «в полном составе» гибнут все фагоцитирующие клетки. «В упор не замечает» лимфоциты и возбудитель натуральной оспы (McFadden G., 2004).

Паразит, сумевший «незамеченным» проникнуть в фагоцитирующую клетку, становится слишком заметным иммунной системе, начав размножаться. Синтезирующиеся вирусные белки либо ЛПС бактерий образуют комплексы с поверхностными антигенами клетки (антигены гистосовместимости или трансплантационные антигены), а те распознаются Т-лимфоцитами. Активировавшиеся Т-лимфоциты связываются своими рецепторами с инфицированной фагоцитирующей клеткой и убивают ее посредством апоптоза и особых литических белков — перфоринов и цитолизинов, поэтому такое звено иммунитета называют клеточным.

Микроорганизм, сумевший размножиться в макрофаге, в дальнейшем имеет дело с неизвестными ему из архейской жизни клонами узкоспециализированных В-лимфоцитов, запускающих синтез антител, специфичных к его поверхностным белкам. Сам по себе В-лимфоцит для такого паразита безвреден, но связанный антителом, синтезированным В-лимфоцитом, он легко становится «добычей» тех, кого привык использовать для собственного обитания, питания и размножения. Эту часть иммунных реакций (включая активизацию системы комплемента) исследователи традиционно относят к гуморальному иммунитету.

Общим для генетических систем, кодирующих антитела, рецепторы В- и Т-клеток и трансплантационные антигены является их сложная интрон-экзонная организация и выраженная полигенность. Репертуар антител ученые затрудняются определить, считая, что он «насчитывает миллионы специфичностей». Ни одна другая генетическая система организма не имеет такого количества аллельных форм определенного гена, как трансплантационные антигены. В систему входят около 400 генов, обнаружено 3,6 млн строительных блоков ДНК, общее число фенотипов HLA составляет около 20 млрд. Системы не дублируют друг друга по специфичности распознавания антигенов. Сложная интрон-экзонная организация генов — это обычный результат деятельности ретроэлементов (см. рис. 7, 13 и 15). Более подробно об эволюции иммунной системы позвоночных можно прочитать в работах Албертса Б. с совт., 1994; Ройта А. с соавт., 2000; Стила Э. с соавт., 2002; Галактионова В.Г., 2004, 2005; Clark R., Kupper T., 2005 и др. В следующей главе мы рассмотрим «ответы» иммунной системы на ретровирусы, которые подтверждают высказанное выше положение о причастности ретровирусов к созданию иммунной системы многоклеточных организмов вообще, и человека в частности. Но прежде чем перейти к столь непопулярной у разработчиков ВИЧ-вакцин теме, я хочу обратить внимание читателя на роль в инфекционных и эпидемических процессах, вызываемых ретровирусами, так называемых антиретровирусных систем (факторов) клеток.

БелкиAID/APOBEC. Семейство AID/APOBEC включает белки, способные деаминировать цитозин на урацил у однонитевых полинуклеотидов. Они выполняют разные физиологические функции в клетке. APOBEC1 (обнаружен первым) редактирует посредством этого механизма мРНК аполипопротеина В (ApoB), внедряя преждевременный стоп-кодон и индуцируя продукцию «обрезанного» ApoB, который имеет уже другую функцию. Роль APOBEC2 остается неясной, но эволюционно он считается «родительским» для всего семейства (Cullen B. G., 2006).

Активационно-индуцируемая деаминаза (activation-induced deaminase, AID) также имеет древнее происхождение. Она функционирует в активированных В-клетках, где случайным образом редактирует дезоксицитизин (deoxycytidine) в дезоксиуридин (deoxyuridine) в локусах иммуноглобулиновых генов и является триггером активации процесса соматической гипермутации (somatic hypermutation, SHM) Ig-вариабельного региона генов, которые кодируют антиген-связывающие сайты. Если активность AID оказывается направленной на не Ig-гены, то это приводит к злокачественному перерождению В-клеток, но механизм, отвечающий за «нацеливание» SHM на Ig-гены, неизвестен (Ronai D. et al., 2005).

Ген APOBEC 3G (apolipoprotein B mRNA-editing enzyme, catalytic polypeptide-like 3G) кодирует белок, который упаковывается в ретровирусные частицы, где дезаминирует цитозин на урацил в минус цепи вирусной ДНК в процессе обратной транскрипции. В результате чего в плюс цепи кДНК гуанозин заменяется аденином, и репликация ВИЧ останавливается. Этот механизм распространяется только на ВИЧ, лишенные гена белка Vif (фактор инфекционности вируса), и не влияет на продукцию вируса с полноценным Vif. Ген APOBEC 3G функционирует одинаковым образом как в Т-клетках-хелперах, так и в макрофагах (Wahl S. et al., 2006).

Геном человека и других приматов кодирует, по крайней мере, пять, а возможно, и семь таких белков, сгруппированных в отдельный генный кластер на хромосоме 22. Любопытно то, что белки APOBEC3 всегда (!) неэффективны в отношении ретровирусов, обычно инфицирующих Т-хелперы и макрофаги данного вида, но, как правило, оказываются эффективными в отношении гетерологичных ретровирусов (Cullen B. G., 2006). Если отказаться от антропоцентрических надежд на то, что иммунная система человека предназначена для существования только его самого, то придется признать, что благодаря белкам APOBEC3 Т-хелперы и макрофаги устраняют мутантные формы ВИЧ, не способные распространяться по популяциям вида Homo sapiens. По своей сути этот странный механизм компенсирует ошибки в гене vif, допущенные обратной транскриптазой при синтезе ДНК на матрице РНК.

Эволюционное происхождение APOBEC неясно. Гомологи APOBEC2 обнаружены у костных рыб, но APOBEC3 у рыб и птиц не выявлено. Скорость несинонимичных замен у APOBEC3 приматов значительно выше синонимичных, что свидетельствует о постоянном селективном давлении на них (Cullen B., 2006). В этой связи посмотрим на эволюцию и организацию всего семейства APOBEC3 генов (рис. 42).

Рис. 42. Эволюция и организация APOBEC3

Левая часть рисунка: (A) Транслируемые и нетранслируемые участки транскриптов показаны заполненными и пустыми прямоугольниками соответственно. Экзоны, кодирующие цинккоординирующие домены (zinccoordinating domain — их использовали для построения эволюционного древа), затенены серым цветом. Заполненный серым цветом прямоугольник APOBEC1 соответствует участку последнего экзона без соответствующих последовательностей в других AID/APOBEC генах. (Б) Гипотетическая схема происхождения и дивергенции семейства APOBEC3 у млекопитающих, стартовавшая с двух анцестральных доменов (Z1 [круг] и Z2 [квадрат]), каждый из которых составляет двудоменный APOBEC3 или два отдельных, дивергировавших однодоменных APOBEC3. Z1 у приматов является весьма разнообразным. Он включает вариант, дивергировавший на субтипы Z1a (открытые круги) и Z1b (заполненные круги). По Conticello S. G. et al., 2005.Правая часть рисунка: (В) APOBEC2 «гомо»-димер. (Г) huAPOBEC3G (hu — человеческий). Выделены 6 активных и псевдо-активных сайтов, два цинк-иона и положение остатка D128, ключевого для взаимодействия с Vif. APOBEC3G имеет два домена цитозиндеаминазы (cytosine deaminase, CDA) — показаны антипараллельными бета-слоями; каталитически неактивный домен (N-CDA), содержит домен, взаимодействующий с Vif, необходимый для энкапсидации APOBEC3G. C–CDA — каталитически активный домен. Остатки с 124 по 127 играют активную роль в упаковке APOBEC3G в вирион ВИЧ. Остатки с 128 по 130 критичны для взаимодействия ВИЧ с Vif. По Zhang Kun-Lin et al., 2007.


S. G. Conticello et al. (2005) считают такую организацию локуса APOBEC3 приматов следствием неправильного кроссовера и рекомбинации, характерных для ретровирусной активности. Во всяком случае, остатки ретровирусов с повторяющимися элементами (главным образом, LTR из ERV класса I) в сумме составляют до 19 % полного локуса APOBEC3 человека. Наиболее интенсивно они представлены в регионах, фланкирующих APOBEC3G и APOBEC3H. В пользу своей гипотезы S. G. Conticello et al. (2005) приводят тот факт, что псевдогены APOBEC3 на хромосоме 12 происходят от ретротранспозиционных актов.

В свете приведенных данных по элиминации Т-клетками дефектных ВИЧ, представление о том, что ВИЧ поражает Т-клетки для того, чтобы размножаться, будет упрощением проблемы необратимости ВИЧ-инфекции. Надо отнестись серьезно к возможности и того, что в эволюционном прошлом позвоночных ретровирусы «создали» APOBEC3 «под себя», и эти белки продолжают играть какую-то не совсем понятную для нас роль в их собственной эволюции, происходящей уже с нашим участием. В этом аспекте проблемы любопытны данные M. C. Mikl et al. (2005), не обнаруживших фенотипические отклонения у мышей с разрушенным геном белка APOBEC3. К тому же остается неясным фактор, оказывающий селективное давление на эти гены в течение миллионов лет.

TRIM5альфа. Антиретровирусный белковый комплекс, названный трехсоставным взаимодействующим мотивом 5альфа (tripartite interaction motif 5альфа, TRIM5альфа), идентифицирован M. Stremlau et al. (2004) в клетках обезьян-резусов, обладающих способностью ингибировать активность ВИЧ-1. Вскоре разные группы исследователей продемонстрировали, что антиретровирусные факторы, известные как Ref1 (human antiviral factor; антивирусный фактор людей) и Lv1 (simian factor; обезьяний фактор), являются вариантами TRIM5альфа, специфичными для отдельных видов млекопитающих (Towers G. J., 2007). TRIM5 (также известен как RBCC-домен; RBCC domain), включает RING-домен (RING domain), B-бокс 2-домен (B Box 2 domain; Box — в данном случае это научный сленг, речь идет об экзоне, на схеме обозначенном квадратом) и свернутое кольцо (coiled coil), благодаря которому этот комплекс получил такое странное название. RING является цинк-связывающим доменом, обычно вовлеченным в специфические белок-белковые взаимодействия. Многие RING-домены обладают Е3-убиквитинлигазной активностью (E3 ubiquitin ligase activity), т. е. способностью метить субстраты для протеаз, тем самым повышая специфичность их действия. Поэтому TRIM5 вызывает RING-зависимую аутоубиквитинилацию белков (auto-ubiquitinylation) — он вносит в молекулу оболочечного белка вируса сигналы протеолитической деградации. B-бокс существует в двух альтернативных вариантах — либо B-бокс 1, либо B-бокс 2. TRIM5 включает B-бокс 2. B-боксы имеют цинк-связывающий мотив и вовлечены в белок-белковые взаимодействия. Два типа В-боксов имеют различающиеся первичные последовательности, но в третичных структурах, образуемых RING, в их конформации особых отличий нет (Towers G. J., 2007).

мРНК TRIM5 подвергается многократному сплайсингу, образуя семейства изоформ, каждая из которых короче другой от С-конца. Наибольшая по длине изоформа, TRIM5альфа, кодирует C-терминальный B30.2-домен, взаимодействующий с вирусным капсидом и определяющий антивирусную активность TRIM5. Самые короткие изоформы, TRIM5гамма и TRIM5бета, не имеют B30.2-доменов и действуют как ограничители активности TRIM5альфа при сверхэкспрессии TRIM5. Если предположить, что короткие изоформы TRIM5 формируют гетеромультимеры посредством сворачивания кольца (via the coiled coil) и конкурируют за связывание с вирусом с B30.2-доменами, то можно также предположить и то, что антиретровирусная активность регулируется через сплайсинг РНК TRIM5. Кроме того, отдельный белок TRIM, обладающий антиретровирусной активностью, может блокироваться в результате воздействия на него других TRIM-белков. Например, экспрессия TRIM34 может уменьшить антиретровирусную активность TRIM5 через их гетеромультимеризацию (Zhang F. et al., 2006; Towers G. J., 2007).

TRIM5альфа является тримерным белком и взаимодействует с гексамерным капсидом вируса через пролиновые пептидные группы, находящиеся в cis-конформации. Он способен быстро «обвиться» вокруг капсида вируса перед его взаимодействием с протеасомой и внести «сигналы» для протеолиза посредством RING-зависимой аутоубиквитинилации (см. выше). Формирование комплекса «вирус-TRIM5альфа» блокирует этап «раздевания» вируса и перенос его нуклеиновой кислоты в ядро клетки. Инфекция блокируется еще до обратной транскрипции вирусной РНК. Исследование TRIM5альфа у близкородственных приматов показало, что различия между ними, определяющие антивирусную специфичность, обнаруживаются в участках B30.2-домена. Судя по высокому соотношению dN/dS, эти участки белка, соответствующие его поверхностным петлям, в ходе эволюции приматов подверглись позитивной селекции (Towers G. J., 2007).

Протеиновое семейство TRIM возникло в результате дупликации последовательности предкового гена, что характерно для активности ретроэлементов. Ген TRIM5 человека расположен на хромосоме 11 в пределах группы тесно связанных TRIM, включающих TRIM 5, 6, 34 и 22. Эти TRIM либо не имеют, либо имеют относительно слабую антиретровирусную активность против близких ретровирусов (ВИЧ-1, ВИЧ-2, SIVmac, EIAV и MLV). Трудно сказать, почему это происходит. Возможно, они имеют какую-то другую, альтернативную функцию, или они просто неактивны против этой «выборки» ретровирусов. Во всяком случае, TRIM 6, 22 и 34, непохожие на TRIM5, не имеют B30.2 доменов, что предполагает в эволюционном прошлом отсутствие на них того селективного давления, которому подвергался TRIM5 (Li X. et al., 2007).

Взаимодействие между ВИЧ-1 и TRIM5альфа в клетках приматов Старого Света возможно благодаря циклофилину А (сyclophilin A, CypA). CypA — пептидилпролилизомераза (peptidyl prolyl isomerase), выполняющая цис/транс-изомеризацию (сis/trans isomerisation) пролиновых пептидных групп (proline peptide bonds) белков. CypA взаимодействует с молекулами gag лентивируса в инфицированных клетках, приводя их к рекрутингу в «нарождающиеся» вирионы (Thali M. et al., 1994). CypA также взаимодействует с проникшим в клетку кором ВИЧ-1. И такое взаимодействие более важно для поддержания инфекционности вируса, чем взаимодействие циклофелина с «собирающимся» кором (Towers G. J. et al., 2003). CypA выполняет cis/trans-изомеризацию пептидных групп G89-P90 на наружной поверхности капсида ВИЧ. Эта активность пополняет cis-конформацию капсида и вовлекает капсид в рестрицирующийся комплекс с TRIM5альфа. Если активность CypA в клетке-мишени снижена, то TRIM5альфа не может взаимодействовать с капсидом, по большей части находящимся в trans-конформации (Towers G. J., 2007).

Тот факт, что гены TRIM 10, 15, 26, 27, 31, 38, 39 и 40 ассоциированы с главным комплексом гистосовместимости на хромосоме 6 и во время гриппозной инфекции их экспрессия усиливается, позволяет предположить возможность их участия в работе системы гуморального и клеточного иммунитета (Nisole S. et al., 2005). Однако активность CypA не связана с активностью TRIM5альфа. Поэтому Z. Keckesova et al. (2005) считают антиретровирусную активность TRIM5альфа не зависящей от реакций иммунной системы человека.

Оба известных антиретровирусных фактора, TRIM5альфа в комплексе с CypA и APOBEC3, защищают клетки только от «чужеродных» для них ретровирусов. В отношении же «своих» ретровирусов они являются фильтрами, гарантирующими виду, что другие экзогенные ретровирусы не могут составить им конкуренцию. Для вида Homo sapiens антиретровирусные факторы TRIM5альфа и APOBEC3 являются гарантами успешности его инфицирования ВИЧ-1. С антропоцентрической точки зрения их существование с такой функцией бессмысленно. Однако если посмотреть на распространение ретровирусов в эволюционном аспекте проблемы, то смысл в поддержании естественным отбором TRIM5альфа и APOBEC3 все же есть. Они обеспечивают условия для эндогенизации в зародышевую линию хозяина экзогенных ретровирусов, что происходит в ходе процесса, который мы понимаем как пандемический. Чем более масштабный характер принимает пандемия, тем больше генетическое разнообразие как самих ретровирусов, так и взаимодействующих с ними хозяев. Эндогенизация происходит случайно, но это такая же случайность, как и выстрел из револьвера при игре в «русскую рулетку», когда заполнение патронами барабана и нажатие на курок происходят со все возрастающей скоростью.

%%%

Эволюционное прошлое иммунной системы многоклеточных организмов свидетельствует о закреплении за ней естественным отбором резервуарной роли по отношению к ретровирусам. Поэтому можно утверждать, что эволюционный процесс среди многоклеточных организмов (по крайней мере, из царства животных) реализуется через клетки, которые мы относим к иммунной системе. В нашем восприятии времени мы видим только одну их функцию — защиту организма от антигенно-чужеродных веществ. Но благодаря клеткам иммунной системы происходит размножение и накопление экзогенных ретровирусов до какой-то критической массы, которая позволяет некоторым из них эндогенизироваться в зародышевой линии отдельных особей инфицированного вида, и в дальнейшем передаваться вертикально, меняя его эволюционную траекторию по механизму аллопатрического или симпатрического видообразования. ВИЧ/СПИД-пандемия среди вида Homo sapiens — частное проявление этого процесса в эволюции таксона приматов.

ГЛАВА 3 ИНФЕКЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Существуют разные определения инфекционного процесса, от обтекаемо-универсальных, типа: «Инфекционный процесс — процесс взаимодействия организмов возбудителя и хозяина (человека, животного), проявляющийся клинически выраженным заболеванием или носительством» (Черкасский Б. Л., 2001); до более конкретных, например: «Под инфекционным процессом понимается совокупность патологических изменений в организме, возникающих под воздействием патогенных микроорганизмов в определенных условиях внешней среды и при наличии защитных реакций организма на это воздействие» (Гавришева Н. А., Антонова Т. В., 1999). Предположим, что они оба правильны, и наша задача сводится только к установлению частности — что же тогда инфекционная болезнь? При некотором различии в определениях авторы соглашаются друг с другом в том, что «инфекционная болезнь чаще всего протекает циклически, ее развитие проходит через ряд периодов: инкубационный, продромальный, нарастания симптомов, разгара болезни, угасания клинических проявлений болезни, выздоровления (реконвалесценции)». Но эта схема не соблюдается для инфекционного процесса, вызванного ВИЧ. И чтобы понять, почему это происходит, нам нужно сравнить этот инфекционный процесс с тем, который наиболее укладывается в схему, приведенную вышеуказанными авторами. Наиболее близким к нему и показательным будет инфекционный процесс, вызванный ВНО и другими ортопоксвирусами.

3.1. Циклические инфекционные (моно)процессы

Генерализация поксвирусной инфекции. Антигенная детерминанта ВНО. Иммунные ответы на ВНО. Трансмиссионный потенциал ВНО. Продолжительность противооспенного иммунитета.


ВНО легко обнаруживается иммунной системой человека. Он индуцирует полный спектр клеточно-опосредованных и гуморальных иммунных ответных реакций. Заболевший начинает активно выделять вирус в первую неделю от начала болезни, когда происходит вскрытие оспенных элементов на слизистой ротовой полости, зева и глотки. Количество же антител, нейтрализующих инфекционность вируса, достигает своего максимума между 12 и 15 днями болезни. Но уже на 10-е сутки болезни заразность больного для окружающих резко снижается. Через 4 недели от начала болезни вирус уже невозможно выделить из отделяемого носоглотки и из мочи реконвалесцента. Выздоровление у заболевших людей полное (Маренникова С. С., Щелкунов С. Н., 1998). Таким образом, во взаимоотношениях ВНО с организмом человека просматривается определенная стратегия паразитизма. Попробуем понять, из чего она складывается.

Генерализация поксвирусной инфекции. С 1940-х гг. наиболее адекватной моделью инфекционного процесса, вызываемого ВНО у человека, считается эктромелия мышей (Mark R. L. et al., 1991; Fenner F., 1948). Возбудитель болезни (Ectromelia virus, EV) относится к семейству Orthopoxvirus. Ортопоксвирусы консервативны. Они имеют более чем 90 % гомологии в центральном 100-Кд регионе генома (Esteban D. J., Buller R. M., 2005). Сходство патогенезов болезней, вызываемых ВНО и EV, включает быстрое размножение вируса при его низкой инфицирующей дозе, сходство цитокиновых ответов на вирус и сходные кожные поражения на последней стадии болезни, включающие орофарингеальную секрецию вируса, критическую для его трансмиссии (Chaudhri G. et al., 2006). Генерализация вируса эктромелии изучена в деталях (рис. 43).

Рис. 43. Генерализация ортопоксивурусов на примере вируса эктромелии у мышей (по Fenner F., 1948)

Процесс генерализации возбудителя болезни осуществляется благодаря макрофагам. Вирус ведет себя как их паразит и быстро размножается. В отличие от ВИЧ (см. раздел 3.2) он не поддерживается в макрофагах в качестве эндосимбионта, а активно их разрушает, затем попадает в кровь, где может «встретиться» со специфическими антителами.

Первыми клетками, вступающими в контакт с поксвирусами, являются полиморфоядерные лейкоциты (макрофаги и моноциты). За счет градиента продуцируемых ими хемоаттрактантов они «притягивают» другие фагоцитирующие клетки и запускают каскад самых разнообразных реакций, которые «в сумме» рассматриваются учеными как «иммунные».

В составе макрофагов и моноцитов вирус достигает дренажных лимфатических узлов примерно через 8 час. Разрушившиеся фагоцитирующие клетки становятся источником вируса, а через 2–3 суток его обнаруживают уже в крови (первичная виремия), костном мозге, печени и селезенке. В пробах крови больного натуральной оспой в этот период можно обнаружить как инфицированные, так и неинфицированные лейкоциты, но в основном репликация ВНО происходит в моноцитах/макрофагах, тогда как Т-лимфоциты остаются неинфицированными, но при этом наблюдается выраженная лимфопения. Вирус распространяется из лимфатических узлов фагоцитирущими клетками крови по внутренним органам через выносящие (эфферентные) лимфатические сосуды. Процесс напоминает показанный на рис. 28 для возбудителя сибирской язвы, но, естественно, без участия бактериальных факторов вирулентности. Затем вирус проникает в эпителий кожи и слизистых, где начинается его репликация. Появляются энантемы и экзантемы, инфицирование которых вторичной микрофлорой определяет эволюцию кожных элементов из везикул в пустулы. Количество вируса через 4–5 суток уже превышает емкость ретикуло-эндотелиальной системы, и он вновь проникает в кровяное русло. Вторичная виремия обычно соответствует началу клинической манифестации болезни. При всех формах эктромелии у мышей и натуральной оспы у людей, развиваются паренхиматозные изменения во внутренних органах. Циркулирующие в крови специфические антитела выявляются уже на седьмые сутки после инфицирования человека ВНО, и их максимальный уровень достигается на 14 сутки. Одновременно с нарастанием количества специфических антител, происходит снижение количества вируса в тканях (более подробно об этих процессах см. в работах Esteban D. J., Buller R. M., 2005; McFadden G., 2004; Маренниковой С. С., Щелкунова С. Н., 1998; Mark R. L. et al., 1991).

Считается, что в основе патогенеза поксвирусных инфекций лежит способность вирусов к интерференции с защитными иммунными механизмами макроорганизма (Stanford M. et al., 2007). По крайней мере, это так выглядит, если смотреть на процессы взаимодействия осповирусов со своими многоклеточными хозяевами с точки зрения, предполагающей их совместную эволюцию. Особое значение учеными придается антихемокиновой стратегии ортопоксвирусов, заключающейся в блокировании вирусными белками хемокиновой активности клеток иммунной системы хозяина. Но судя по древности хемокиновых белков, система взаимоотношений посредством сигнальных молекул между прокариотами (в том числе, вирусами) и эукариотами сложилась еще в архее, т. е. до образования многоклеточной жизни. Поэтому такая стратегия не оригинальна для ортопоксвирусов; применительно к фагоцитирующим клеткам она используется большинством ДНК-вирусов. Стратегия включает синтез инфицированными фагоцитирующими клетками вирусных гомологов хемокинов или хемокиновых рецепторов и других белков, связывающих хемокины, синтезируемые неинфицированными фагоцитирующими клетками (рис. 44; табл. 12).

Рис. 44. Модуляция хемокиновой системы вирусами

А — экспрессия вирусных гомологов хемокинов, рецепторов хемокинов и хемокинсвязывающих белков; B — частный случай антихемокиновой стратегии — ингибирование миграции созревающих дендритных клеток (DC). Вирусные хемокинсвязывающие белки интерферируют с хемокинами CCL3 и CCL5. Несозревшие DC экспрессируют воспалительные хемокиновые рецепторы (CCR1, CXCR1) и мигрируют в инфицированные ткани в ответ на такие хемокины, как CCL3 и CCL5. Созревшие DC экспрессируют CCR7 и CXCR4 и мигрируют во вторичные лимфоидные органы в ответ на CCL19 и CXCL12, где они представляют антиген «наивным» T-клеткам. Цифровые обозначения: 1 — вирусный хемокин (антагонист); 2 — вирусный хемокин (агонист); 3 —хемокиновый рецептор; 4 — рецептор вирусного хемокина; 5 — сигнальная трансдукция и биологический эффект; 6 — клеточная миграция (Alcami A., 2007).

Таблица 12. Портрет серийного убийцы: иммуномодулирующие гены ВНО[16]

Иммуномодулирующее действие | Variola major[17] | Variola minor | Комментарии

IFN-альфа/бета ингибитор | B20R | D9R | Не проверено

IFN-гамма ингибитор | B9R | H9R | Ингибирование человеческого IFN-гамма

eIF2альфа мимикрия | C3L | D3L | Не проверено

dsRNA-BP | E3L | C3L | Не проверено

Ингибитор фактора некроза опухолей | G2R | G2R | Не проверено

Ингибитор NF- к B | P1L | P1L | Не проверено

TLR сигнальный ингибитор | A52R | A56R | Не проверено

IL-18-связывающий белок | D5L | B6L | Ингибитор человеческого IL-18

Хемокин-связывающие белки | G3R | A46L | G3R ингибирует у людей хемокины CC

Фактор роста вирусов | G3R | B3R | Связывает и активирует человеческий EGF-R (erbB1)

Ингибитор комплемента /SPICE | D12L | B18L | Ингибирует каскад комплемента у людей

GM — CSF/IL-2 ингибитор | A46R | A49L | Не проверено

Семафорин | A42R | A45R | Не проверено

Серпины | B13R, B25R, C2L | D14R, D2R | Не проверено


Поскольку функции хемокиновых рецепторов, посредством которых вирус взаимодействует с клеткой, различаются, то воздействие на них вирусными белками на уровне макроорганизма приводит к разным, и даже, противоположным эффектам. Это и истощение локальной хемокиновой активности; и индукция межклеточных сигналов, усиливающих вирусную репликацию; и стимуляция миграции инфицированных клеток, либо, наоборот, нейтрализация их способности к миграции. Но рассмотрение тонкостей антихемокиновых стратегий вирусов не входит в задачу данной работы (подробно с антихемокиновыми стратегиями ортопоксвирусов в организме млекопитающих можно ознакомиться по публикациям Stanford M. et al., 2007; Alcami A., 2007; Smith S. A., Kotwal G.J., 2002; Маренниковой С. С. и Щелкунова С. Н., 1998). Тем более что с ними нет полной ясности, свидетельствующей о том, что антихемокиновая стратегия ВНО в организме человека сформировалась в результате их коэволюции. Так G. McFadden (2004) обратил внимание исследователей на то, что маловирулентный ортопоксвирус, возбудитель оспоподобной болезни — аластрима (alastrim), мало уступает собственно ВНО по числу генов белков, ингибиторов иммунных ответных реакций макроорганизма (см. табл. 12). Поэтому он усомнился в правильности общепринятого понимания механизмов, благодаря которым ВНО вызывает смертельную болезнь.

В связи с его "сомнениями" выскажу и свое. ВНО имеет большое количество «выключенных» генов вирулентности. Особенно это бросается в глаза при сравнении его генома с геномами маловирулентных ортопоксвирусов, поражающих грызунов (см. в работе Маренниковой С. С., Щелкунова С. Н., 1998). Пока можно констатировать то, что только способность к паразитическому размножению в макрофагах имеет однозначное значение для оценки патогенности ортопоксвирусов. Например, LD50 вируса эктромелии с инактивированным геном р28, ответственным за его репликацию в фагоцитирующих клетках, увеличивается, по крайней мере, в 106 раз, а вирусная нагрузка в печени и селезенке дефектного штамма вируса в 1000 раз меньше, чем у исходного (Senkevich T. G. еt al, 1994). Недавно у белка, синтезируемого ВНО и способного связывать рецептор фактора некроза опухолей, обнаружили домен, инициирующий рекрутинг макрофагов к поверхности слизистых и кожи, в месте внедрения вируса (Alejo A. et al., 2006).

Инфицирование ВИЧ всегда кончается смертью больного, количество же смертельных исходов при натуральной оспе сильно варьирует во время разных эпидемий и в различных группах населения. Поэтому интерес представляют реакции макроорганизма на заведомо смертельные дозы ВНО. Патогенез натуральной оспы при инфицировании такими дозами вируса изучали Jahrling P.B. et al. (2004) на обезьянах. Общей реакцией макроорганизма на проникновение вируса является рост количества фагоцитирующих клеток — моноцитов, чем позже наступает пик лейкоцитоза, тем дольше живет инфицированное животное. ВНО высевается из моноцитов и смывов из носоглотки уже на вторые сутки после инфицирования, хотя еще его не удается выделить из плазмы.

Через 2–3 суток у инфицированных приматов уже можно наблюдать отчетливо выраженные кожные поражения (везикулы и пустулы). Количество кожных поражений зависит от инфицирующей дозы. Вирусная репликация в макрофагах сопровождается явлением, которое из-за его неблагоприятного исхода, назвали «цитокиновым штормом» («cytokine storm»). Оно проявляется каскадной активацией и выбросом инфицированными макрофагами значительных количеств различных лимфокинов (monocyte chemoattractant protein 1, macrophage inflammatory protein 1бета, IFN-гамма, IL-6 и др.) и развитием клиники токсемии и шока, приводящих больного к смерти (рис. 45).

Рис. 45. Динамика патогенетических реакций обезьян на заведомо смертельные дозы ВНО штаммов Harper и India

А. общее количество белых клеток крови; Б. общее количество тромбоцитов; В. инфекционные титры вируса в смывах из гортани; Г. кожные поражения как функция дозы вируса (штамм India): 3 — 500 поражений; 2 — 50–500; 1–5–50 поражений; Д. концентрация IL-8 в пикограммах на мл (пкг/мл); Е. концентрация monocyte chemoattractant protein в пкг/мл; Ж. концентрация воспалительного белка макрофагов (macrophage inflammatory protein) в пкг/мл; З. среднее количество IFN-гамма в пкг/мл в сыворотке обезьян, инфицированных штаммами India 7124 и Harper (109 pfu). По Jahrling P.B. et al. (2004).


Через 2–3 суток после инфицирования ВНО у животных развивалась коагулопатия, проявившаяся геморрагическими высыпаниями в грудной и брюшной полостях и в передней камере глаза. Электронная микроскопия демонстрировала репликацию вируса в большинстве тканей внутренних органов обезьян и, особенно, в лимфатических узлах и селезенке. Фибриновые отложения и тромбы ассоциировались с выраженным размножением вируса в макрофагах. Т-лимфоцитозависимые области лимфоидной ткани обычно выглядели истощенными, тогда как макрофаги, моноциты, клетки эндотелия активно продуцировали вирус. Гибель Т-лимфоцитов происходила в результате неспецифического апоптоза (bystander apoptotic), инициированного инфицированными макрофагами. У единственного выжившего животного развился стерильный иммунитет.

Антигенная детерминанта поксвирусов. Основной антигенной детерминантой поксвирусов и мишенью для протективных антител является консервативный белок L1 (другое название L1R). У вируса вакцины, вируса оспы обезьян и ВНО этот белок различается отдельными аминокислотами. Антитела к L1 способны блокировать инвазию ортопоквирусов в клетки. Поэтому он рассматривается учеными в качестве кандидата на включение в перспективные противооспенные вакцины (рис. 46).

Рис. 46. Структура белка L1.

А. Две проекции белка на ленточной диаграмме. Фронтальный вид (верхнее изображение) показывает расположение спиралей на одной стороне молекулы, на другой стороне изображены параллельные бета-складки, сформированные непараллельными бетацепями, соединенными через петлю и тремя дисульфидными связями. Нижняя проекция показывает бета3, бета4 и альфа5, упакованные вблизи центра молекулы. Обозначены спирали (альфа1-альфа5), N-конец (N), и С-конец (С). Б. Вверху показан димер L1. Взаимодействие двух L1 молекул происходит через края бета-складок. Нижнее изображение показывает L1 со стороны бета-складок (темная область). L1 — это крупная консервативная белковая молекула-мономер с несколькими конформационными эпитопами, презентируется иммунным клеткам в виде димера (Su Hua-Poo, 2005).


По данным H. Su et al. (2005), L1 играет основную роль в «созревании» вирионов ортопоксвирусов. На заключительной стадии морфогенеза вируса образуются так называемые внутриклеточные созревающие вирионы (intracellular mature virions, IMVs), которые имеют липидные мембраны и представляют собой уже способные к инфекции формы вируса. Большинство IMV высвобождаются из фагоцитирующей клетки после ее лизиса. Некоторые из них могут транспортироваться через клеточную мембрану хозяина до лизиса клетки. После чего они остаются присоединенными к ее наружной поверхности или отделяются от нее уже как внеклеточный оболочечный вирус (extracellular enveloped virus, EEV). Главную роль в передаче вируса от одного хозяина к другому играет его IMV-форма. L1 представляет собой миристиолированный оболочечный белок (myristoylated envelope protein), состоящий из 250 аминокислотных остатков. Он экспрессируется на поверхности IMV-формы вируса. Его C-гидрофобный сегмент погружен в вирусную мембрану, но консервативная часть L1, включающая 185 аминокислотных остатков, локализуется в цитоплазме клетки-хозяина. В области N-конца белка формируется гидрофобная «каверна», необходимая для сборки вириона. После лизиса клетки этот эктодомен экспонируется Т- и В-клеткам иммунной системы, и вызывает сильный ответ с их стороны. Следовательно, ключевая роль белка L1 в морфогенезе вируса предопределяет его консервативность как антигена. Поэтому другого варианта поддержания в популяциях позвоночных организмов, кроме зависящей от многих случайностей эстафетной смены хозяина, у ортопоксвирусов нет.

Иммунные ответы. ВНО и другие ортопоксвирусы представляют собой очень благодарный для иммунолога объект исследования, так как иммунные реакции на них у позвоночных организмов всегда укладываются в представления об иммунитете и инфекции, сложившиеся еще в начале ХХ столетия. В таких исследованиях иммунологу открывается обширное поле деятельности по детализации прописных истин из старых учебников, поэтому я не буду повторяться. Отмечу лишь некоторые уточнения, появившиеся в последние годы на волне успехов трансгенной инженерии и имеющие отношение к цели данной работы.

По данным R. Xu et al. (2004), для освобождения организма от вируса вакцины необходимо участие в иммунных ответах CD4+ T-клеток (субпопуляция Т-клеток, оказывающая помощь В-клеткам в продукции специфических антител) и MHC класса II (локализованы на поверхности макрофагов и обеспечивают включение в иммунный ответ CD4 T-клеток). Мыши, дефектные по В-клеткам (синтезируют и секретируют специфические антитела), так же как и мыши, истощенные по CD4, неспособны освободиться от вируса и погибают. Они оказались неспособны переключаться на IgG (высокоаффинный и количественно доминирующий иммуноглобулин) — или IgM (низкоаффинный иммуноглобулин, преобладающий во внутрисосудистом пуле иммуноглобулинов в начале инфекционного процесса) — ответы. В ответах на острую инфекцию, вирусоспецифические антитела наиболее эффективно освобождают организм от вируса. Вирус разрушается по различным механизмам, предполагающим участие специфических антител. Во-первых, антитела могут непосредственно связывать вирус, вызывая его агрегацию и препятствуя адсорбции и интернализации в клетках. Во-вторых, они могут связывать вирус, вызывая его разрушение с помощью комплемента или опсонизации, а затем посредством фагоцитоза. Антитела могут связывать инфицированные клетки хозяина, вызывая цитотоксические реакции со стороны клеток-киллеров и др.

Истощение Т-клеток CD8 (цитотоксические клетки, способные убивать другие клетки, к антигенам которых они примированы) посредством моноклональных антител или генного нокаута, сказывалось незначительно на развитии инфекционного процесса. В антивирусной функции CD8 T-клеток много неясного. Spriggs et al. (1992) показали, что трансгенные мыши, утратившие CD8 T-клетки, способны также как и мыши в контроле, пережить инфицирование большими дозами вируса эктромелии. Но у таких трансгенных мышей синтезировалось меньше вирусоспецифических IgG, что предполагает участие активированных CD8 T-клеток в освобождении организма от вируса. R. Xu et al. (2004) показали способность мышей, дефектных по MHC класса II(_/_), и инфицированных сублетальными дозами вируса вакцины, выживать и полностью освобождаться от вируса при наличии активных CD8+ T-клеток. Их данные показывают участие CD8+ T-клеток в снижении смертности экспериментальных животных, инфицированных вирусом вакцины, однако детали этого процесса пока не ясны. Мыши с таким генетическим дефектом имели значительно меньшее по сравнению с нормой количество CD8+ T-клеток, и во время инфекции у них развивались обширные некротические повреждения в кортексе надпочечников, характерные для инфекционного процесса, вызванного вирусом вакцины.

По данным G. Chaudhri et al. (2006), именно B-клетки играют ключевую роль в освобождении организма мыши от вируса эктромелии. При дефиците В-клеток и при наличии CD8 T-клеточных ответов животные неизбежно погибают от прогрессирующей инфекции. Любопытно то, что в их опытах введение животным, дефицитным по В-клеткам, «наивных» B-клеток или специфической к вирусу эктромелии сыворотки, позволяло добиться стерильного иммунитета.

Информацию о важной роли гуморального звена иммунитета в противодействии ВНО можно найти и в старых работах. По данным A. Downie et al. (1958), геморрагическая форма натуральной оспы с летальным исходом развивалась при отсутствии у заболевшего нейтрализующих антител после предшествующей вакцинации. У таких больных развивалась выраженная виремия, вирус в высоких титрах обнаруживали в фарингеальном тракте.

Полученные на трансгенных животных данные свидетельствуют в пользу того, что ортопоксвирусные инфекции не контролируются реликтовой системой иммунитета. Уничтожение таких вирусов осуществляется сложившейся уже в позвоночных организмах системой гуморального и клеточного иммунитета с преимущественной ролью В-лимфоцитов. Благодаря хорошей «заметности» и ранней презентации Т- и В-клеткам антигенов ортопоксвирусов, одновременно являющихся критическими для их морфогенеза, специфические антитела обладают выраженным протективным действием.

Трансмиссионный потенциал ВНО. Способность ВНО передаваться от человека к человеку в иммунокомпетентных популяциях, весьма ограничена. По данным V. Bhatnagar et al. (2006), обобщивших статистическую информацию по 51 вспышке «завозной» натуральной оспы, зарегистрированной в Европе и Северной Америке в период после 1945 г., в среднем каждая такая вспышка ограничивалась четырьмя случаями болезни с одним летальным исходом. Количество передач (генераций) ВНО от заболевшего человека к здоровому, редко превышало 3; а 30 % заносных вспышек вообще не сопровождалась передачами ВНО от человека к человеку. Такую неспособность оспы к быстрому распространению в популяциях людей нельзя объяснить только предварительными массовыми вакцинациями. Например, вспышка натуральной оспы среди невакцинированного населения Abakaliki (Нигерия) в 1967 г. ограничилась всего 31 случаем болезни (Eichner M., Dietz K., 2003). В свете этих данных невозможно понять, каким образом жестокая пандемия натуральной оспы 1870–1874 гг. вспыхнула практически одновременно на нескольких континентах, если не предполагать наличие первичного природного резервуара для ВНО среди простейших. В Европе натуральная оспа во время пандемии 1870–1874 гг. не «обращала внимания» даже на двукратную противооспенную вакцинацию населения отдельных городов (детали распространения натуральной оспы в ту пандемию см. в книге Бразоля Л. Е., 1875).

Продолжительность противооспенного иммунитета. Вакцинация обычно предупреждает заражение ВНО в течение, по меньшей мере, 10 лет. При развитии болезни ее симптомы у вакцинированных лиц менее выражены, чем у невакцинированных. Так как специфические антитела считаются первой линией обороны против вторжения возбудителей инфекционных болезней, их обычно выявляют для оценки иммунной защиты индивидуума. По данным Gallwitz S. et al. (2003), использовавших ферментативный иммуноанализ для поиска антител к вирусу вакцины у лиц, вакцинированных 30–60 лет назад, их можно обнаружить у 65 % обследуемых, вакцинированных однократно; и у 80 % обследуемых, вакцинированных два раза и более. Crotty S. et al. (2003) продемонстрировали присутствие у лиц, вакцинированных более 50 лет назад, специфических к вирусу вакцины В-клеток памяти. Количество таких клеток после вакцинации снижается в течение нескольких лет до уровня, представляющего примерно десятую часть от достигнутого максимума. Далее количество противооспенных антител (0,1 % от общего количества IgG+ B-клеток) не меняется практически на протяжении всей оставшейся жизни вакцинированного. Этим объясняется выраженная антительная реакция на противооспенную ревакцинацию. В опытах Frey S. E. et al. (2003) вакцинация ранее вакцинированных лиц давала очень хороший результат даже при десятикратном разведении вакцины.

%%%

В эволюционном аспекте проблемы инфекционных болезней инфекционный процесс в многоклеточных организмах представляет собой попытку микроорганизмов установить с фагоцитирующими клетками взаимоотношения, существовавшие между ними до формирования многоклеточной жизни. Такие взаимоотношения могут развиваться сразу как паразитические (оротопоксвирусы, возбудители чумы или сибирской язвы) либо начинаться с симбиоза (возбудители бруцеллеза, туберкулеза, проказы). В медицинском аспекте проблемы инфекционный процесс — это процесс диссеминации фагоцитирующими клетками микроорганизмов по органам и тканям, сопровождающийся выбросом молекул межклеточного общения (хемокинов и лимфокинов) в количествах, значительно превышающих физиологическую норму, и, соответственно, проявляющийся развитием патологических реакций (т. е. болезни). Его продолжительность лимитируется Т- и В-клеточной составляющей иммунной системой хозяина, сформировавшейся уже в процессе эволюции позвоночных организмов. При рассмотрении инфекционного процесса данного типа речь идет не о конкретном количестве суток, в течение которых начинается и прекращается инфекционный процесс, а о способности клеточной и гуморальной иммунной системы его контролировать. Например, при туберкулезе средний инкубационный период составляет 5–10 недель. У иммунокомпетентного человека клеточный иммунный ответ на гематогенную диссеминацию возбудителя болезни возникает через 2–10 недель, что останавливает его размножение. У переболевших туберкулезом людей остается относительная невосприимчивость к повторному заражению туберкулезной палочкой. Для инфекционной болезни, развивающейся вследствие инфекционного процесса, лимитируемого клеточной и гуморальной иммунной системой, характерны следующие периоды: инкубационный, продромальный, нарастания симптомов, разгара болезни, угасания клинических проявлений болезни, выздоровления (реконвалесценции) с формированием стерильного иммунитета. Поэтому такие инфекционные процессы я предлагаю назвать циклическими инфекционными процессами. Обычно они представляют собой монопроцессы, т. е. вызываются одним микроорганизмом.

На примере инфекционных процессов, вызванных ВНО и другими отопоксвирусами, мы видим, что до достижения гуморальной и клеточной иммунной системой определенного максимума реакции, строгий антропоноз (зооноз) должен сменить своего хозяина, чтобы сохраниться как биологический вид. В нашем восприятии времени ВНО меняет хозяина на 8–10 сутки от начала болезни. Эта же норма реакции определяет клинические проявления болезни, вызванной случайными для позвоночного хозяина паразитами фагоцитирующих клеток (возбудители чумы, туляремии, мелиоидоза, сибирской язвы; см. подглаву 2.2). Но их поддержание в природе не зависит от сохранения жизни такому хозяину. Отсюда низкие инфицирующие дозы, высокая смертность среди заболевших людей (животных) и попытки использования таких микроорганизмов в качестве агентов биологического оружия. Поэтому та патогенность (вирулентность) микроорганизма, которая характеризуется в нашем восприятии времени быстрым инкубационным периодом и непродолжительной болезнью, завершающейся либо гибелью организма, либо его выздоровлением, — это проявление определенной стратегии паразитизма микроорганизма в многоклеточном хозяине. Условно назовем ее первой стратегией паразитизма, или стратегией мора. Антропонозному (зоонозному) паразиту стратегия первого типа дает преимущества в высокоплотных популяциях хозяина.

3.2. Нециклические инфекционные процессы

Генерализация ВИЧ. Трансмиссионный потенциал ВИЧ. Нарушения иммунной системы при ВИЧ-инфекции. Антигенные детерминанты ВИЧ. Антитела с широким нейтрализующим действием. Антигенные свойства V3-домена gp120 ВИЧ. Первичный антигенный грех (original antigenic sin, OAS). Комплемент. Феномен антителозависимого усиления инфекции (antibody-dependent enhancement, ADE; immune enhancement of disease) при ВИЧ-инфекции. Инфекционно-эволюционные качели. Эволюционный смысл ВИЧ-инфекции.


Изучение циклических инфекционных процессов, начавшееся в конце XIX столетия, сформировало определенные стереотипы мышления у эпидемиологов и инфекционистов. Основным является убеждение в том, что любой инфекционный процесс должен завершаться и оставлять хотя бы кратковременный иммунитет, т. е. невосприимчивость переболевшего организма к повторному инфицированию этим же микроорганизмом. И, на первый взгляд, вроде бы так оно и происходит в отношении ВИЧ-инфекции. Иммунная система распознает ВИЧ, циркулирующий в кровеносном русле, также легко, как и ВНО, об этом свидетельствуют клеточно-опосредованные и гуморальные иммунные ответные реакции. Однако торможения ВИЧ-инфекции не происходит.

Генерализация ВИЧ. В организм человека ВИЧ попадает как эволюционно сложившимися путями для передачи ретровирусов — половым (т. е. через слизистую оболочку полового пути) и через плаценту от матери к плоду; так и артификационными (искусственными) путями, не встречающимися при естественном распространении ретровирусов — через кровь ВИЧ-инфицированых доноров и посредством инъекций ВИЧ-инфицированных наркотиков. У вируса существуют и другие возможности передачи, появляющиеся в высокоплотных популяциях ВИЧ-инфицированных людей в отдельных географических регионах, но их мы рассмотрим в главе 4. В отличие от ВНО, ВИЧ распространяется по организму человека не только фагоцитирующими клетками, но Т- и В-клетками, тромбоцитами и эритроцитами (Horakova E. et al., 2004).

Другие принципиально важные отличия ВИЧ-инфекции от натуральной оспы включают участие в процессе генерализации ВИЧ клеток иммунной системы, отвечающих за Т- и В-клеточные ответы, ВИЧ-специфических антител и факторов, традиционно относимых учеными к системе врожденного иммунитета (innate immune system; см. ниже "Комплемент" и "Феномен антителозависимого усиления инфекции»). Продолжительность самого процесса генерализации ВИЧ ограничена не ответными реакциями иммунной системы (как при генерализации ВНО), а продолжительностью жизни инфицированного человека. И, наконец, иммунная система человека сама поддерживает существование способных к инфекции вирионов ВИЧ (см. подглаву 2.3 " Белки AID/APOBEC" и "TRIM5альфа"), в чем ее никак не заподозришь при натуральной оспе.

Первыми в контакт с ВИЧ вступают фагоцитирующие клетки. Они доставляют ВИЧ в лимфоидную ткань, где он инфицирует Т-хелперы (лимфоциты CD4). В воспаленных лимфоузлах повышается количество молекул межклеточной адгезии и сосудисто-клеточных адгезивных молекул, «привлекающих» в лимфатические узлы лимфоциты, циркулирующие в кровяном русле (также в основном Т-хелперы). «Взаимоотношения» ВИЧ с макрофагами более подробно будут рассмотрены в подглаве 3.3.

ВИЧ может инфицировать как быстро делящиеся клетки, так и клетки, подвергшиеся конечной дифференцировке, такие как макрофаги, и не делящиеся лимфоциты CD4. Когда ВИЧ проникает в покоящуюся CD4 T-клетку, он подвергается в ее цитоплазме обратной транскрипции, но преинтеграционный комплекс (preintegration complex, PIC) быстро деградирует и клетка «излечивается» от вируса. Это происходит в том случае, если клетка не будет предварительно активирована. В основном в клетке преобладает неактивная и лабильная форма ДНК ВИЧ, и только около 1 % всех покоящихся CD4 Т-клеток инфицированного индивидуума содержат интегрировавшуюся с ее геномом ДНК ВИЧ, т. е. провирус. Для того чтобы ВИЧ начал реплицироваться, CD4 T-клетки, несущие PIC, должны быть активированы. В этом случае PIC импортируется в ядро клетки, и жизненный цикл ВИЧ возобновляется. Клетка начинает продуцировать вирусное потомство (детали этого процесса см. в работе Roth M. J. et al., 1989). Благодаря наличию белка слияния gp41 вирус инициирует слияние инфицированных и неинфицированных Т-клеток и образование обширных синтициальных структур, сходных по своему строению с синцитиотрофобластным слоем участка плаценты, где начинается взаимодействие матери и плода; и с домногоклеточными формами жизни, называемыми эдиакарской фауной (см. подглаву 2.3).

Процесс обратной транскрипции сопровождается большим количеством ошибок. Все молекулы вирусной РНК реплицируют через ассиметричную транскрипцию с одной цепи, исключающую большинство корректирующих механизмов, характерных для репликации ДНК. В результате появляется большое количество разных вариантов вируса, что учеными воспринимается в качестве некой «уловки» вируса, не желающего, чтобы против него создали вакцину. Для ВИЧ этот феномен оборачивается тем, что большинство его частиц выходят из клетки дефектными, не способными к самостоятельной репликации. Однако блокирования инфекции не происходит по следующим причинам.

Дефектные вирусные геномы способны генерировать инфекционно компетентные вирусные частицы благодаря комплементации и/или рекомбинации с другими дефектными геномами, присутствующими в геноме инфицированных клеток во множестве копий провирусной ДНК. Между дефектными вирусными геномами возможны негенетические взаимодействия (nongenetic interactions), которые включают фенотипическое смешивание (phenotypic mixing), генотипическое смешивание (genotypic mixing), интерференцию (interference) и комплементацию (complementation). В саму вирусную частицу клеткой упаковываются два вирусных генома. Клетка, содержащая множество копий провирусной ДНК, может продуцировать вирусные частицы, содержащие РНК-геномы одной провирусной ДНК (гомотипичные вирионы) или РНК-геномы от разных провирусов (гетеротипичные вирионы). Эта модель предполагает генерацию рекомбинантов между ретровирусами, которые дают недефектную провирусную ДНК (Inoue M. et al., 1991).

Дефектный ВИЧ, попадая в межклеточное пространство, становится идеальным антигеном для активации CD4 T-клеток. Активированные CD4 Т-клетки начинают делиться и осуществляют клональную экспансию. В таком состоянии они становятся высокочувствительными к инфицированию экзогенными ВИЧ. В них же происходит устранение вирусов, дефектных по гену белка Vif (фактор инфекционности вируса) (см. подглаву 2.3 «Белки AID/APOBEC»).

ВИЧ избирательно поражает именно специфичные к ВИЧ Т-хелперы. Такие клетки у инфицированных ВИЧ индивидуумов на всех стадиях болезни содержат больше ДНК ВИЧ, чем CD4+ T-клетки с другой специфичностью (Douek D. C. et al., 2002). Стерильного иммунитета, как при инфекции, вызванной ВНО, при ВИЧ-инфекции не наступает. Во-первых, ВИЧ поддерживается и реплицируется в фагоцитирующих клетках (Trujillo R. et al., 2007). Во-вторых, отдельные активированные инфицированные Т-клетки «переживают» инфекцию и становятся длительно живущими латентными носителями вируса. Их реактивация дефектными частицами ВИЧ и другими факторами вновь приводит к активной репликации вируса (Finzi D. еt al., 2006).

Высокая скорость мутаций при обратной транскрипции и высокая скорость репликации ВИЧ дают не только большое количество дефектных вирусов, но и генерируют большое количество их вариантов. Особенно этот процесс дает о себе знать после сероконверсии и перехода болезни в асимптоматическую стадию, и, что крайне важно еще осмыслить, он не носит случайный характер, так как в его осуществлении принимает активное участие Т- и В-клеточная составляющая иммунной системы человека.

R. Hankarra et al. (1999) у ВИЧ-инфицированных пациентов, так называемых умеренных прогрессоров (moderate progressors), в пределах асимптоматической стадии ВИЧ-инфекции выделяют три фазы дивергенции и три фазы роста разнообразия ВИЧ. Под дивергенцией (divergence) эти авторы понимают различия между нуклеотидной последовательностью исходного вируса и последовательностью вируса, полученного от ВИЧ-инфицированного человека через какое-то время после инфицирования. Под разнообразием (diversity) — различия в нуклеотидных последовательностях ВИЧ в данной временной точке.

На ранней фазе инфекции развиваются оба процесса; промежуточная фаза характеризуется непрерывным увеличением дивергенции ВИЧ, но стабилизацией или даже снижением его разнообразия; поздняя фаза проявляется снижением темпа или даже стабилизацией процессов дивергенции и формирования разнообразия вируса (рис. 47).

Рис. 47. Схематическое изображение развития ВИЧ-инфекции у умеренных прогрессоров по R. Shankarappa et al., 1999(a)

Клинические стадии ВИЧ-инфекции, динамика CD4+ и CD8+ T-клеток и нагрузки вирусной РНК в плазме. (b) Эволюция вирусных последовательностей в пределах асимптоматического периода ВИЧ-инфекции. Диаметры кругов приблизительно соответствуют разнообразию (diversity) вирусной популяции от сероконверсии (первый круг). Вертикальное смещение кругов показывает степень дивергенции вирусной популяции (divergence) от предкового штамма (founder strain). Затенения соответствуют пропорции вирусной популяции, представленной X4-генотипом. Вертикальные линии (начиная с левой стороны схемы) соответствуют: окончанию стадии острой инфекции; пику вирусного разнообразия; стабилизации дивергенции от предкового штамма; развитию СПИДа.(c) Характерные изменения вирусной эволюции во время асимптоматического периода ВИЧ-инфекции, разделенные на три фазы (см. в тексте).

К росту генетического разнообразия ВИЧ причастна иммунная система человека. По данным Zhang H. et al. (2005) увеличение генетического разнообразия вируса субтипа С у детей зависит от антител с широким нейтрализующим действием. Чем выше титр таких антител, тем больше на данный момент времени вирусы различаются между собой (об антителах с широким нейтрализующим действием при ВИЧ-инфекции см. ниже).

Макрофаготропные варианты ВИЧ (M-tropic или R5) предпочтительно нацеливаются на CC-хемокиновый корецептор 5 (CCR5) — экспрессирующих клеток. Т-тропные варианты ВИЧ (T-tropic или X4) используют для проникновения в клетку CXC-хемокиновый корецептор 4 (CXCR4). Бывают варианты вируса с двойной тропностью (dual-tropic isolates). Вне контекста представлений о роли ретровирусов в эволюции клеточных форм жизни (см. подглаву 1.1) процесс накопления разных вариантов ВИЧ выглядит случайным, как проявление некой способности ВИЧ «постоянно меняться».

Присмотримся к X4-вариантам ВИЧ, появляющимся вполне закономерно в период ранней и в начале промежуточной фазы дивергенции (роста разнообразия) ВИЧ (см. рис. 47). CXCR4-корецептор (см. табл. 9) представлен на миелоидных клетках, Т- и В-клетках, макрофагах, эпителиальных, эндотелиальных и дендритных клетках (Bleul C. et al., 1997; Chensue S. W., 2001; Белоцкий С. М., Авталион З. З., 2006). Наиболее опасны такие варианты вируса для Т-клеток. Элиминация Т-тропными ВИЧ Т-клеток-хелперов облегчает существование ВИЧ-инфицированных макрофагов, и, соответственно, самого ВИЧ, так как Т-клетки-хелперы выступают в роли организаторов многосторонних процессов, направленных на уничтожение инфицированных макрофагов. В этом положении нет противоречий с тем фактом, что в Т-клетках происходит устранение ВИЧ, дефектных по гену белка Vif (см. подглаву 2.3. «Белки AID/APOBEC»). Во-первых, процесс растянут во времени (см. рис. 47); во-вторых, макрофаги сами имеют систему, аналогичную APOBEC Т-лимфоцитов.

Следовательно, мы вновь сталкиваемся с событиями, начавшимися еще в Архее — с поддержанием ретровирусов одноклеточными формами жизни (см. ниже «Эволюционный смысл ВИЧ-инфекции»). В масштабе времени, воспринимаемом нами, он проявляется снижением эффективности высокоактивной антиретровирусной терапии (highly active antiretroviral therapy, HAART). Появление CXCR4-вариантов ВИЧ у некоторых пациентов может быть ускорено нерациональной антиретровирусной терапией. Например, после монотерапии 64 ВИЧ-инфицированных пациентов в течение 10 суток антагонистом корецептора CCR5, маравиром (maraviroc, MVC, UK-427857), у двух из них к концу курса лечения были обнаружены CXCR4-варианты ВИЧ на фоне снижения вирусной нагрузки. Авторы работы считают, что эти варианты ВИЧ уже присутствовали у пациентов в незначительных количествах, селективное давление маравира на CCR5-тропные клоны вируса создало им преимущества (Westby M. et al., 2006).

В начале поздней фазы дивергенции (роста разнообразия) количество X4-вариантов ВИЧ начинает снижаться. Эта фаза проявляется нарушением гомеостаза Т-клеток. Количество CD4+ T-клеток снижается до уровня <200 клеток/мм3, появляются симптомы выраженного поражения клеточной системы иммунитета, болезнь переходит в стадию СПИДа. Теперь разнообразие вариантов вируса идет на убыль, так как иммунная система истощена и уже не способна раскручивать маховик его эволюции.

Трансмиссионный потенциал ВИЧ. Трансмиссионный потенциал ВИЧ трудно сопоставить с трансмиссионным потенциалом ВНО в конкретных цифрах лиц, инфицированных от одного ВИЧ-положительного пациента, как это сделано в предыдущей подглаве для ВНО. Инфекционный и эпидемический процессы при ВИЧ-инфекции носят нециклический характер и фактически необратимы (эпидемический процесс для микроорганизмов, использующих стратегию паразитизма второго типа — см. подглаву 4.2). К тому же они происходят в других, несравнимо больших временных и территориальных масштабах. Поэтому эпидемические цепочки, по которым распространяется ВИЧ, ограничены лишь количеством людей, живущих на данной территории.

Вирусная нагрузка при ВИЧ-инфекции характеризуется растянутой U-образной кривой (см. рис. 47). Наибольшая она в начале инфекции, когда ВИЧ размножается только за счет ресурсов реликтовой иммунной системы и вне контроля со стороны Т- и В-составляющей иммунной системы человека. В этот короткий период вирусная нагрузка мало различается у ВИЧ-инфицированных пациентов, их трансмиссионный потенциал (т. е. способность передавать вирус половым партнерам) максимален (Fraser C. et al., 2007). В отсутствие антиретровирусной терапии, через несколько месяцев, виремия достигает постоянного уровня (стадия асимптоматической инфекции) — который сильно различается от больного к больному (Ледерман М. С. соавт., 2004). Но с появлением X4-вариантов ВИЧ количество вирусных частиц в крови начинает медленно расти. Вирус появляется во все новых и новых клетках и тканях (макрофаги, почки, костный мозг и др.), трансмиссионный потенциал ВИЧ-инфицированного пациента вновь растет.

Весьма любопытен результат контроля над ВИЧ со стороны Т- и В-составляющей иммунной системы человека. На первый взгляд кажется, что иммунная система просто не выдерживает неравной борьбы с вирусом. И хотя ясно, что пациенты с большей вирусной нагрузкой более инфекционны, чем пациенты с низкой, и прогноз течения их болезни хуже, тем не менее не они обладают наибольшим трансмиссионным потенциалом. По данным C. Fraser et al. (2007), вирусная нагрузка, проявляющаяся максимальным трансмиссионным потенциалом, соответствует 4.52 log10 копий вируса на мл крови, что составляет среднюю величину от максимально возможной. Индивидуумы с высокой вирусной нагрузкой в действительности бывают способными к эффективной передаче вируса лишь короткое время, с низкой — не обладают такой способностью. И только у лиц с промежуточной вирусной нагрузкой вклад в поддержание эпидемических цепочек наиболее значителен, так это связано с длительным периодом асимптоматического течения инфекции. Получается, что контроль со стороны Т- и В-составляющей иммунной системы человека направлен на максимальное распространение ВИЧ среди людей.

Нарушения иммунной системы при ВИЧ-инфекции. Кратко они обобщены в табл. 13.

Таблица 13. Нарушения иммунной системы при ВИЧ-инфекции[18]

Иммунная система | Нарушения

Реликтовая иммунная система

Антигенпредставляющие клетки (моноциты и дендритные клетки) | Сниженная стимуляция пролиферации Т-лимфоцитов после презентации антигена

— "- | Снижение экспрессии молекул HLA-DR

— "- | Нарушение синтеза цитокинов

Фагоциты | Снижение разрушения старых эритроцитов в селезенке

— "- | Снижение экспрессии Fc-рецепторов

— "- | Снижение способности к хемотаксису

— "- | Снижение способности к уничтожению фагоцитированных возбудителей |

— "- Снижение продукции кислородных радикалов

Нейтрофилы | Нейтропения

— "- | Сниженная или повышенная способность к хемотаксису

— "- | Снижение антистафилококковой активности

— "- | Снижение или повышение фагоцитоза

— "- | Изменение соотношения рецепторов и молекул адгезии на клеточной мембране

Система клеточного иммунитета

Т-лимфоциты | Снижение абсолютного числа лимфоцитов CD4 (Т-хелперов)

— "- | Повышение относительного содержания лимфоцитов CD8 (цитотоксических Т-лимфоцитов и Т-супрессоров)

— "- | Снижение соотношения T-хелперов (CD4) и T-супрессоров (CD8)

— "- | Снижение числа девственных лимфоцитов (лимфоцитов CD45RA/CD62L)

— "- | Повышение относительного содержания клеток памяти (лимфоцитов CD45RO)

— "- | Повышение относительного содержания лимфоцитов CD8 со сниженной способностью к пролиферации (фенотип CD28 — CD95 +)

— "- | Повышение числа активированных лимфоцитов CD8 (лимфоциты с фенотипом CD38/HLA-DR)

— "- | Снижение пролиферации лимфоцитов в ответ на стимуляцию антигенами и митогенами

— "- | Нарушение синтеза цитокинов (см. ниже)

NK-клетки | Снижение числа NK-клеток (фенотип CD16/CD56)

— "- | Снижение цитотоксической активности NK-клеток

Система гуморального иммунитета

B-лимфоциты | Снижение числа плазматических клеток (CD23/CD62L; CD21^)

— "- | Поликлональная активация B-лимфоцитов

— "- | Нарастание спонтанной секреции иммуноглобулинов B-лимфоцитами

— "- | Снижение секреции иммуноглобулинов B-лимфоцитами после стимуляции

— "- | Нарастание уровней IgG, IgA, IgM

— "- | Снижение синтеза специфических антител

— "- | Снижение синтеза антител в ответ на вакцинацию против гепатита B, Haemophilus influenzae типа B, кори, гриппа

— "- | Снижение титра уже имевшихся антител против дифтерии, столбняка, кори и Candida spp.

Цитокины | Снижение продукции ИЛ-2, интерферона гамма

— "- | Снижение продукции ИЛ-12

— "- | Снижение продукции интерферона альфа

— "- | Нарастание продукции ИЛ- 1бета, ИЛ-6 и фактора некроза опухолей альфа

— "- | Нарастание продукции ИЛ-10, трансформирующего фактора роста бета


Эта сводка отражает только сложность взаимодействия ВИЧ с клетками иммунной системы человека, и не более того. Перечисленные «нарушения» имеют разную природу и растянуты во времени на весь период болезни. Подробно о них можно прочитать в обстоятельных работах J. E. Bovis, K. James, 1992; Лысенко А. Я. с соавт., 1996; K. T. Copeland, Heeney, 1996; Е. Н. Шуваловой с соавт., 2001. Свою задачу я вижу в понимании их эволюционного смысла (см. ниже). Но сначала рассмотрим частный случай проявления ВИЧ-инфекции — образование «нейтрализующих антител». Их протективное действие — один из стереотипов восприятия учеными любых инфекционных процессов, сложившийся в начале прошлого века и дающий возможность бесконечно имитировать разработку ВИЧ-вакцин.

Антигенные детерминанты ВИЧ. В-клеточные ответы на ВИЧ-инфекцию многообразны. У людей, инфицированных ВИЧ, обнаруживают антитела к его структурным (p17, p24, gp4l, gpl20) и регуляторным белкам (vif, nef, RT), а также аутоантитела. Основным изотипом синтезируемых антител является IgGI (более подробно см. у J. E. Bovis, K. James, 1992; и у Е. Н. Шуваловой с соавт., 2001). Основной антигенный раздражитель системы Т- и В-иммунитета, это, конечно, оболочечный шип (spike) ВИЧ. Он состоит из тримера гетеродимеров (trimer of heterodimers), сформированных двумя гликопротеинами, gp120 и gp41. Гликопротеин gp120 представляет собой высокогликозилированный белок, приблизительно половина массы которого составляют карбонгидраты, присоединенные к N-концу молекулы (Poignard P. et al., 2001). Анализ последовательностей различных изолятов ВИЧ позволил установить у gp120 вариабельные (V1-V5) и консервативные (С1-С5) регионы (рис. 48).

Рис. 48. Топография поверхности вириона ВИЧ-1

Оболочечные гликопротеины (gp120/gp41) изображены как тетрамерные олигомеры. Карбонгидратный комплекс, включающий преимущественно олигоманнозу, изображен в виде «облака» вокруг гликопротеина. Показано антитело (IgG), нейтрализующее ВИЧ. Оно не может взаимодействовать с gp120/gp41, потому что гликопротеин экранирован карбонгидратным комплексом. В то же время сайт связывания с рецептором CD4 Т-лимфоцитов остается открытым (Nara P. L. et al., 1991).

Гликопротеины имеют рецепторный сайт для CD4-молекулы, определяющей тропизм ВИЧ к CD4 Т-клеткам; и второй сайт, связывающий вирус с хемокиновыми корецепторами, обычно с CCR5 и CXCR4. Поверхность кора gp120 закрыта карбонгидратами, а большая часть оставшейся неэкранированной молекулы вовлечена во взаимодействие с gp41 или с другими единицами gp120 в трехмерном шипообразном выступе оболочки. Относительно консервативный сайт связывания с CD4 «заглублен» и трудно доступен для антител. Консервативный корецепторный сайт является наиболее недоступным для антител на мономерном gp120.

Роль gp120 в инфекционном процессе в основном заключается в связывании вируса с клетками-мишенями и обеспечении ему тесного соприкосновения с мембранами таких клеток. Трансмембранный белок gp41 играет ключевую роль на этой стадии взаимодействия вируса и клетки, так как он вызывает слияние вируса с мембраной клетки-мишени и доставляет генетический материал в ядро клетки. Этот белок относительно консервативен, но большая часть его поверхности скрыта от антител, распознающих шипообразные выступы оболочки (Zwick M. B. et al., 2004).

Вариабельные последовательности оболочки ВИЧ концентрируются в оболочечных петлях (V1 — V4), которые и являются главными целями для нейтрализующих антительных ответов иммунной системы человека.

В оболочку ВИЧ входят также несколько белков человека. Но их роль как антигенов, незначительна (более подробно об их участии в инфекционном процессе см. в подглаве 3.3).

Антитела с широким нейтрализующим действием. Здесь я сразу поясню, что в специальной литературе под ВИЧ-нейтрализующими антителами обычно понимаются те, которые нейтрализуют вирус в условиях in vitro. В условиях in vivo их действие очень сложно опосредовано, так как функция связывания с антигеном у антител не единственная. Более древней у них является эффекторная функция, т. е. способность передавать сигналы между клетками, взаимодействуя со специфическими рецепторами на их поверхности. Например, известны антитела-агонисты рецепторов DR4 или DR5, вызывающие апоптоз раковых клеток (см. Odoux C. et al., 2002). К эффекторным функциям относится и способность антител, связываясь с антигеном активировать каскад протеолитических реакций, осуществляемых системой комплемента (более подробно об эффекторных функциях антител см. в работе Ройта А. с соавт., 2000). К этим аспектам рассматриваемой проблемы я вернусь ниже, а пока нам надо условится о том, что в «чистом виде» феномен нейтрализации антителами ВИЧ или любого другого микроорганизма встречается только в эксперименте в условиях in vitro.

Длительные исследования В-клеточных ответов на ВИЧ показали, что у людей появляются антитела, нейтрализующие доминирующий вариант вируса, но как только их уровень достигает определенного порога, селекционируется вариант вируса, способный избегать их нейтрализующее действие (Burton D. R. et al., 2005). Скорость появления как ВИЧ-нейтрализующих антител, так и избегающих их вирусов сильно варьируют у разных лиц, однако сам цикл многократно повторяется на протяжении жизни ВИЧ-инфицированного и больного СПИДом (Frost S. et al., 2005).

Антитела, способные распознавать сразу несколько штаммов ВИЧ (антитела с широким нейтрализующим действием), появляются медленно и только у отдельных индивидуумов. Но так как их рассматривают уже в течение двух десятилетий в качестве средства для лечения и профилактики ВИЧ-инфекции, то локализация эпитопов на оболочке ВИЧ, вызывающих такие ответы, хорошо изучена (рис. 49).

Рис. 49. Локализация на оболочечных гликопротеинах ВИЧ/SIV эпитопов для антител с широким нейтрализующим действием

Модель шипа оболочки вируса основана на структуре gp120 с тремя мономерами гликопротеина; gp41 показан на схеме в виде ножки из трех трубочек (Burton D. R. et al., 2005).


Эпитоп для мАТ b12. Антитело распознает CD4-связывающий сайт на поверхности вируса. Хотя такие мАТ способны распознавать мономерный gp120, они его «не находят» на поверхности вируса, где он организован в тример.

Эпитоп для мАТ CD4i. Антитело распознает корецепторный связывающий сайт на gp120. Этот рецептор предназначен для интеграции ВИЧ с корецепторами хемокинов CCR5 и CXCR4. Fab-фрагмент такого антитела, изолированный из фаговой библиотеки, показал нейтрализующую активность против нескольких первично выделенных штаммов ВИЧ-1. Однако интактные антитела (IgG) не оказывают такое действие на ВИЧ.

Гликаны на «безмолвной» поверхности gp120. Исследования структуры кора gp120 показали локализацию N-гликанов на одной поверхности белка (Wyatt R. et al., 1998). Плотность карбонгидратного щита такова, что он защищает вирус от взаимодействия с антителами (см. рис. 47 и 48). Такая структура на поверхности gp120 была названа «безмолвной поверхностью» (silent face), что означает ее невосприятие системой Т- и В-иммунитета. Недавно было показано, что мАТ2G12 с высокой афинностью все же распознает этот пептидогликан (Scanlan C. N. et al., 2002). Был обнаружен ранее не охарактеризованный тип антитела, в котором два Fab-фрагмента IgG собраны в сцепленный VH-димерный домен. Экстраординарная конфигурация этого антитела обеспечивает обширное пространственное соответствие двух классических связывающих сайтов (VL–VH) и одного ранее не охактеризованного димерного межповерхностного региона (VH-VH) для мультивалентного взаимодействия с консервативным кластером олигоманнозы на gp120. Следовательно, хотя индивидуальные олигоманнозные цепи являются однородными, кластер олигоманнозы может рассматриваться как неоднородный. В настоящее время неизвестно, как часто возникают антитела такого типа у ВИЧ-инфицированных людей. По мнению D.R. Burton et al. (2005), это происходит весьма редко.

Мембрано-проксимальный внешний регион gp41 (membrane-proximal external region of gp41; MPER gp41). Большая часть поверхности gp41 скрыта от антител, за исключением региона, непосредственно прилежащего к вирусной мембране — MPER (Zwick M. B. et al., 2002). Уже описаны два типа человеческих мАТ — 2F5 и 4E10, распознающие эпитопы в этой области. Все попытки показать протективный эффект антител к пептидам, соответствующим этим эпитопам, оказались неудачными. Эти результаты предполагают, что антитела вовлекаются в распознание последовательностей пептидов gp41 в специальном контексте, таком как их близость к вирусной мембране. MPER богаты триптофаном, благодаря которому может возникать конформационное взаимодействие этого региона gp41 с вирусной мембраной.

Эпитопы петли V3 gp120. V3-петля gp120 у разных изолятов ВИЧ варьирует по аминокислотным последовательностям. Но корона петли имеет относительно консервативный мотив GPGR или GPGQ, играющий важную роль при связывании вируса с корецептором (Hartley O. et al., 2005). До 90 % нейтрализующих антител к ВИЧ, циркулирующих в крови ВИЧ-инфицированного человека, специфичны к V3 (Profy A. T. et al., 1990). Этот эпитоп является единственным у ВИЧ, для которого показано доминирующее участие в развитии гуморального иммунного ответа как при естественной и при искусственной инфекции, так и после введения экспериментальному животному ВИЧ-вакцины на основе оболочечных белков вируса. Следовательно, его, как и белок L1 для ВНО, можно считать основной антигенной детерминантой для ВИЧ. Ниже мы остановимся на антигенных свойствах V3-домена gp120 более подробно.

Антигенные свойства V3-домена gp120. Хотя он расположен в гипервариабельном регионе gp120 (т. е. с частыми аминокислотными заменами в первичной структуре этого участка молекулы), детальный аминокислотный анализ V3-домена сотен изолятов ВИЧ продемонстрировал его консервативность (LaRosa G. J. et al., 1990; Wolf T. F. et al., 1990). Домен играет важную роль в процессе проникновения ВИЧ в клетку. Корецепторы CCR5 и CXCR4 посредством V3-домена gp120 катализируют слияние вируса с мембраной клетки-мишени (Berger E.A. et al., 1999). Скорее всего, этим механизмом и поддерживается его «консервативность». Но с иммунологической точки зрения V3-домен оказался более сложным явлением, чем простой линейный эпитоп с такой же аминокислотной последовательностью. Изучение мутантов ВИЧ, избегающих нейтрализации антителами (neutralization escape mutants, NEN) в условиях in vitro, показало большое количество замен аминокислот молекулы gp120 как впереди, так и позади V3 (Wei X. et al., 2003). Исследование серийных изолятов ВИЧ-1 у людей и экспериментально инфицированных шимпанзе позволило выявить любопытную закономерность. Ранние NEN ВИЧ появлялись de novo у шимпанзе перед сероконверсией! Исследования возможности нейтрализации вируса сывороткой, полученной в это же время, обнаружили низкий титр нейтрализующих антител в отношении штамма ВИЧ, использованного для инфицирования шимпанзе. Полный сиквиенс-анализ gp120 у 8-, 16- и 32-недельных изолятов ВИЧ обнаружил множественные аминокислотные замены в доменах С IV и V4, и, что оказалось сюрпризом для исследователей, полную консервацию V3. NEN, выделенные от шимпанзе, в 8-32 раза более резистентны к V3-штаммоспецифическим мАТ и к V3-штаммоспецифической поликлональной сыворотке (Nara P. et al., 1991). Сходные результаты были получены при острой сероконверсии у людей (Albert J. et al., 1990).

P. Nara et al. (1990, 1991) предложили шарнирно-сгибающую модель V3-домена, объясняющую данные по дистанционной конформационной нестабильности V3-домена применительно к NEN, полученным от шимпанзе. R. A. McCaffrey et al. (2004) представили в виде схемы расположение у молекулы gp120 консервативных регионов (CI–C5) и вариабельных петель (V1-V5) (рис. 50).

Рис. 50. V3-домен gp120 ВИЧ

Содержит эпитопы для штаммоспецифических нейтрализующих антител и определяет клеточный тропизм вируса. А. Трехосевая модель вращения и белкового фолдинга V3-домена, уменьшающих валентность его взаимодействия со специфическим антителом. V3-связывающий сайт показан штриховкой (Nara P. et al., 1991). Б. Схематическое расположение у молекулы gp120 консервативных регионов (CI–C5) и вариабельных петель (V1-V5) на примере последовательности штамма ВИЧ SF162. Показаны позиции и типы потенциальных N-связанных сайтов гликозилирования (символы снаружи цепи), треугольниками обозначены участки, по которым ледяная уксусная кислота (glacial acetic acid) расщепляет gp120 на три фрагмента (10, 35 и 74 kDa); стрелками снаружи V3-петли показаны аминокислоты, вовлеченные в корецепторное связывание, а звездочками обозначены аминокислоты, участвующие в связывании с CD4; кД — килодальтон (McCaffrey R.A. et al., 2004).


Подобный феномен нейтрализационной резистентности ранее был описан для близкородственных ВИЧ ретровирусов — вируса кошачьей лейкемии, вызывающего лейкемию у кошек (Nicolaisen-Strouss K. et al., 1987); и вируса висны, поражающего ЦНС овец (Stanley J. S., 1987).

Позже было установлено, что конформационные эпитопы gp120 нарушаются и в результате изменений в первичной структуре gp41. Однако у таких мутантов ВИЧ оставались прежними способность связываться с рецепторами-мишенями и инфекционность (см. в работе V. Kalia et al., 2005).

Специфичность V3-сайта может изменяться с помощью энзиматического гидролиза поверхностными клеточными эктопептидазами (рис. 51).

Рис. 51. Схема соответствия вирусных оболочечных детерминант и клеточных рецепторов, вовлеченных в связывание ВИЧ, его адсорбцию и слияние с клеткой.

V3-петля показана (слева) с известными на 1991 г. сайтами для нейтрализующих мАТ (9284; 05бета; 110,5) и сайтом, рассекаемым протеолитическими ферментами (Nara P. et al., 1991).


V3-домен рассекается клеточными эндопептидазами на два фрагмента — 70 и 50 kD и утрачивает способность связываться с V3-специфическими мАТ (Clements G. J. et al., 1991). Антигенные вариации функционально нейтрализуемых эпитопов могут изменять клеточный тропизм ВИЧ; его антигенные свойства и вирулентность. P. Nara et al. (1991) считают, что данный механизм лежит в основе способности ВИЧ приобретать тропность то к макрофагам, то к В- и Т-клеткам.

Первичный антигенный грех при ВИЧ-инфекции (original antigenic sin, OAS). Этот очень интересный иммунологический феномен почему-то не нашел должного освещения в отечественной научной литературе. Возможно, отсутствие интереса к нему со стороны специалистов связано с тем, что применительно к ВИЧ он «ставит крест» на любых попытках создать ВИЧ-вакцину. Возможно, он просто неинтересен ученым, привыкшим к пониманию иммунных реакций по их схематическому изображению в учебниках.

Суть феномена в следующем. В большинстве случаев антиген представляет собой несколько эпитопов, и поэтому он индуцирует синтез химически гетерогенных антител, различающихся своей специфичностью. Однако если клональность антигена ограничена, в его селекцию могут вмешиваться факторы хозяина. Отдельные карбонгидратные антигены, антигены со структурной и функциональной гомологией, индуцируют мало отличающиеся иммунные ответы (Briles D. E., Davie J. M., 1980). Но иммунная система позвоночного организма, иммунизированного одной такой антигенной детерминантой (первой) и позже экспонированная к другому антигену (второму), имеющему структурное сходство с первой детерминантой, отвечает не на вторую, а на первую. Этот феномен и называется «первичным антигенным грехом» (OAS). Феномен OAS впервые описан на примере иммунных ответов у людей на вирусы гриппа (Francis T., 1953) и различных представителей тога-, парамикс- и энтеровирусов (Fenner F. et al., 1974). При ВИЧ-инфекции он обнаружен P. Nara et al. (1991). Перечень иммунологических и физико-химических характеристик патогенов и их антигенных детерминант, способных вызывать OAS-подобный феномен, обнаруженных и предполагаемых для gp120 ВИЧ, приведен в табл. 14.

Таблица 14. Иммунологические и физико-химические характеристики патогенов и иммуногенных детерминант, способных вызывать OAS-подобный феномен, обнаруженные для gp120 ВИЧ[19]

Характеристики | gp 120 ВИЧ

Ограниченность антигенных эпитопов | Да

Большое количество карбонгидратов, экранирующих эпитопы; и/или ограниченные иммунодоминантные эпитопы | Да

Перекрестно-реактивные детерминанты у семейств малосвязанных патогенов | Да

Излишняя и олигомерная презентация эпитопов иммунной системе | Да

Незначительные различия в аминокислотных последовательностях или в форме антигена и гомологичных белков хозяина (генетическая рестрикция) | Да

Анамнестический ответ, наступающий вслед за введением гетерологичного антигена | Да

Рекуррентная инфекция или бустинг вирусами или антигенами, увеличивающие гуморальный иммунный ответ к первоначальному инфекционному агенту или антигену | Да

Пул длительно живущих клеток В-памяти | Да

Олигоклональный сывороточный профиль | Да

Преобладание клонально-производных В-клеток и популяций антител, специфичных для эпитопа |?


P. Nara et al. (1991) вышли на феномен OAS при ВИЧ-инфекции случайно. Первоначальной целью их экспериментов было расширение иммунного ответа на ВИЧ-вакцину на основе gp120 таким образом, чтобы нейтрализации антителами подвергались вирусы различного географического происхождения. Введя экспериментальным животным gp120, полученный из штамма ВИЧ-1 IIIB, они исследовали кинетику, напряженность и продолжительность штаммо-специфического иммунного ответа. Через 175 суток они начали вторую серию опытов по иммунизации животных gp120 штамма ВИЧ-1 RF, имеющего другое географическое происхождение. После примирующей иммунизации (7–14 суток) исследователи неожиданно для себя, так как они основывались «на представлениях о штаммоспецифическом гуморальном ответе на ВИЧ», обнаружили рост титров антител к gp120 штамма IIIB. Проведенный ими ретроспективный анализ научной литературы показал, что феномен OAS уже был описан для других ретровирусных инфекций, в частности, вызываемых вирусом висны у овец (Narayan O. et al., 1978) и вирусом инфекционной анемии у лошадей (Kono Y. et al., 1971). На основе собственных данных и данных, накопленных в научной литературе, они предложили следующую модель OAS-феномена при ВИЧ-инфекции у людей (рис. 52).

Рис. 52. Модель феномена «первичного антигенного греха» при ВИЧ-инфекции у людей, вызванного презентацией иммунной системе V3-домена gp120

Заштрихованная область, обозначенная как V1 (не путать с названием антигенного домена), соответствует вирусной нагрузке, образовавшейся в результате первичной клональной экспансии инфицирующего вирусного генома. Тесно связанные с ним варианты, способные избегать нейтрализующие антитела, обозначены как V2. Индукция последующих антительных нейтрализующих ответов показана на нижних двух панелях. Нейтрализующие антитела появляются вследствие индукции V3-специфических клонов В-клеток, которые продолжают экспансию из-за перекрестной реактивации близкими вариантами вируса, т. е. V2 (Nara P. et al., 1991).


Эта модель объясняет крайнюю неэффективность гуморального ответа на ВИЧ, если, конечно, понимать термин «иммунный» буквально, как «защищенный от всех антигенно чужеродных веществ» (см., например, учебник В. Г. Галактионова, 2005).

P. Nara et al. (1991) получили любопытные данные по развитию ВИЧ-инфекции и гуморальных иммунных ответов у шимпанзе, уже иммунизированных вакциной на основе gp120 IIIB (рис. 53).

Рис. 53. Влияние gp120 IIIB-иммунизации на последующие ответы системы В-клеточного иммунитета на ВИЧ

Верхняя панель (А) показывает динамику титров нейтрализующих антител на ВИЧ IIIB (круги, закрашенные черным цветом), RF (черные квадраты) и 6- и 16-недельные вирусные изоляты из лимфоцитов этих животных (круги с точкой в центре и круги без точек, соответственно). На нижней панели (Б) показаны иммунные ответы животных, предварительно иммунизированных gp120 IIIB. Символы те же, что и на А (Nara P. et al., 1991).


Они показывают следующее: во-первых, у иммунизированных животных ВИЧ-инфекция все же развивается, но иммунная реакция на ВИЧ у них наступает быстрее и развивается более интенсивно; во-вторых, иммунная реакция на введение 6- и 16-недельных штаммов ВИЧ, имитирующих изменчивость вируса во время инфекционного процесса, развивается менее интенсивно, чем в контроле. При этом проявляется феномен OAS по отношению к штамму ВИЧ, gp120 которого был использован для иммунизации. Следовательно, сходство иммунных ответов на введение ВИЧ-вакцины и противооспенной вакцины (вирус вакцины) только внешнее — и на ту, и на другую образуются антитела. В деталях эти процессы различаются до такой степени, что становятся антиподами.

Комплемент. Антитела к ВИЧ синтезируются клонами В-клеток почти до самой смерти больного СПИДом. В-клетки, в отличие от Т-клеток, менее подвержены инфицированию ВИЧ. На первый взгляд их роль в инфекционном процессе пассивная: они всего лишь связывают вирусные частицы на своей поверхности посредством рецептора комплемента CD21 и тем самым играют роль внеклеточного резервуара ВИЧ. Да еще В-клетки синтезируют бесполезные антитела, которые вроде бы должны нейтрализовать ВИЧ, но из-за «коварства» последнего ("ВИЧ постоянно меняется") не могут выполнить это свое предназначение. Попробуем понять роль комплемента и антител к ВИЧ в вызванном им инфекционном процессе.

В соответствии с представлениями о роли иммунной системы в защите макроорганизма от патогенных микроорганизмов, сложившимися в начале ХХ столетия и до сегодняшнего дня кочующими из учебника в учебник, комплемент должен контролировать ВИЧ-инфекцию. Тем более что процесс развивается медленно, не сопровождается симптомами шока (как, например, это происходит при натуральной оспе или чуме). Но, как оказалось, плазма крови человека усиливает инфекционность ВИЧ. По данным S. Wu et al. (1995), в условиях in vitro все четыре выделенных ими штамма ВИЧ, инкубированные с плазмой крови неинфицированного ВИЧ человека, увеличивали свою инфекционность от 3 до 30 раз в отношении мононуклеарных клеток и моноцит-производных макрофагов. В более детальных исследованиях C. Pinter et al. (1995) установлено непосредственое связывание СI-домена gp120 ВИЧ (см. рис. 50) с фактором Н комплемента (негативный регулятор активности комплемента, синтезируется макрофагом) и увеличение формирования синтиция CD4-зависимым образом. Далее исследователями показано участие фактора Н и еще какого-то неизвестного фактора крови в защите ВИЧ и инфицированных им клеток от лизиса. Такая функция комплемента при ВИЧ инфекции противоречит тому, что пишут о ней в классических руководствах по иммунологии. Например, А. Ройт с соавт. (2000) относят комплемент к системе врожденного иммунитета, способного распознавать «своих» и «чужих» и вызывать опсонизацию микроорганизмов, активацию фагоцитирующих клеток и лизис клеток мишеней. Это действительно так и происходит, когда система комплемента реагирует на ортопоксвирусы. Оба, классический и альтернативный, пути активации комплемента усиливают нейтрализацию вируса вакцины антителами в условиях in vitro и ускоряют процесс освобождения организма от вируса в условиях in vivo (см. обзорную работу R. M. L. Buller, G. J. Palumbo, 1991). Получается, что для системы комплемента человека ВИЧ является «своим», а ВНО «чужим».

Феномен антителозависимого усиления инфекции (antibody-dependent enhancement, ADE; immune enhancement of disease) при ВИЧ-инфекции. Антитела — связующее звено приобретенного иммунитета с комплементом (классический путь активации комплемента). Для ВИЧ-инфекции их «связь» проявляется феноменом антителозависимого усиления инфекции (ADE). Суть феномена заключается в следующем — вирусспецифические антитела усиливают проникновение вируса в фагоцитирующие клетки и в отдельных случаях его репликацию в этих клетках посредством взаимодействия с рецептором Fc и/или рецепторами комплемента фагоцитирующих клеток. Fc-рецептор (FcR) экспрессируется фагоцитирующими клетками для взаимодействия с иммуноглобулином G (Tirado S. M., Yoon K. S., 2003). Поэтому феномен наблюдается в двух вариантах: а) комплемент-опосредованное антителозависимое усиление инфекции (complement-mediated ADE; C-ADE); и б) независящее от комплемента и связанное с Fc-рецептором усиление инфекции (Fc-receptor-mediated ADE; FcR-ADE).

Как правило, специалисты с медицинским образованием плохо знакомы с данным феноменом. Его описание не включается в учебники для медицинских ВУЗов. Поэтому здесь мы его рассмотрим более широко, чем это необходимо для понимания течения ВИЧ-инфекции.

Любой вирусный антиген содержит несколько эпитопов, и на каждый из них иммунная система может вырабатывать антитела. Поэтому сыворотка пациента с развившимся инфекционным процессом содержит смесь антител:

а) нейтрализующих возбудитель инфекционной болезни в присутствии комплемента;

б) нейтрализующих возбудитель инфекционной болезни без комплемента;

в) усиливающих инфекционный процесс посредством увеличения адгезии возбудителя инфекционной болезни к фагоцитирующим клеткам через FcR (для клеток, содержащих FcR; феномен FcR-ADE);

г) усиливающих инфекционный процесс FcR-независимым образом, однако зависимым от комплемента (и его рецептора; феномен C-ADE) — для клеток, содержащих рецепторы комплемента;

д) усиливающих активацию вирусных белков путем изменения их конформации;

е) супрессирующих антивирусные ответы клетки на транскрипционном уровне;

ж) оказывающих токсическое воздействие на клетку.

Репертуар этих антител варьирует в зависимости от вируса, состояния иммунной системы и стадии инфекционного процесса (Takada A., Kawaoka Y., 2003).

Для того чтобы антитело могло нейтрализовать вирус, оно должно блокировать ключевую функцию белка вирусной оболочки, например, связывание вируса с рецептором-мишенью, его способность к слиянию с клеткой и т. п. (рис. 54, А); либо вызвать его лизис или опсонизацию путем активации классического пути комплемента. Но когда конформация комплекса антитело-вирусный белок позволяет Fc-фрагментам антител взаимодействовать с Fc-рецептором, то антитела образуют мост между вирусом и Fc-рецептором на поверхности фагоцитирующей клетки, облегчая оболочечному вирусу взаимодействие со специфическим рецептором на ее поверхности (рис. 55, А и рис. 54, В). Безоболочечным вирусам (non-enveloped viruses), образовавшим комплекс с антителом, способным взаимодействовать с Fc-рецептором, специфические рецепторы на поверхности клетки-мишени не требуются (Takada A., Kawaoka Y., 2003).

Рис. 54. Зависимость феноменов нейтрализации вирусов и усиления инфекции от концентрации специфических антител

А. Нейтрализация вируса специфическими антителами. Если большинство функциональных сайтов вирусных белков блокировано антителами (левая панель), то при высоких концентрациях антител проникновение вируса в клетку ингибируется независимо от типа антител (нижняя правая панель). Б. Повышение инфекционности вируса специфическими антителами. Когда Fc-фрагмент нейтрализующего антитела оказывается способным связываться с FcR или C1q (левая панель), антитела могут усиливать инфективность вируса (virus infectivity) в субнейтрализующих концентрациях, при которых свободные вирусные белки могут вызывать проникновение вируса в клетку (нижняя правая панель). При высоких концентрациях нейтрализующих антител, связывание вируса с клетками происходит посредством Fc-фрагмента нейтрализующего антитела. C1q — субъединица белка комплемента С1. В составе молекулы C1q имеется рецептор для связывания с Fc-фрагментом молекулы антитела (за основу взята схема Takada A., Kawaoka Y., 2003).


Подобным же образом С1 (компонент комплемента; его субъединица C1q имеет рецептор для связывания с Fc-фрагментом молекулы антитела) может связывать Fc-фрагмент антитела, инициируя классический путь активации комплемента, в результате чего активируется компонент комплемента С3, ковалентно (!) связывающийся или с антителом или с поверхностью вирусной частицы (рис. 55, В).

Рис. 55. Возможные механизмы развития феномена ADE для вирусных инфекций

А. Взаимодействие между антителом и FcR.В. Фрагмент С3 комплемента (компонент комплемента, после присоединения которого весь этот комплекс приобретает способность прилипать к различным частицам и клеткам) и рецептор комплемента (complement receptor; CR) промотируют присоединение вируса к клетке. С. Белки комплемента С1q и С1qR промотируют присоединение вируса к клетке (в составе молекулы C1q имеется рецептор для связывания с Fc-фрагментом молекулы антитела).D. Антитела взаимодействуют с рецептор-связывающим сайтом вирусного белка и индуцируют его конформационные изменения, облегчающие слияние вируса с мембраной. Е. Вирусы, получившие возможность реплицироваться в данной клетке посредством ADE, супрессируют антивирусные ответы со стороны антивирусных генов клетки (по Takada A., Kawaoka Y., 2003).


Образовавшийся комплекс способен взаимодействовать с рецепторами комплемента на поверхности клетки посредством С3, усиливая взаимодействие вируса с клеткой. Альтернативно C1q-субъединица непосредственно может перекрестно связывать вирусный белок и C1q-рецепторы (C1qR) на поверхности фагоцитирующих клеток (см. рис. 55, С). Все перечисленные эффекты находятся в зависимости от концентрации антител (см. рис. 54).

Феномен ADE впервые описан R. A. Hawkes в 1964 г., обнаружившим повышение продукции различных флавивирусов (японского энцефалита, энцефалита долины Мюррей и др.) в клетках куриного эмбриона, впервые экспонированных к вирусам, находящимся в среде с низким содержанием специфических антител. Несколько лет эти данные считались исследователями артефактом, но потом они были многократно подтверждены в различных лабораториях (Porterfield J. S., 1986; Tirado S. M., Yoon K. S., 2003). Систематически феномен ADE изучается с 1980-х гг. Для ВИЧ он показан W. E. Robinson et al. (1988) и J. Homsy et al. (1989). На рис. 55 показаны возможные механизмы развития феномена ADE для вирусных инфекций.

Общие особенности вирусов, вызывающих феномен ADE, следующие: а) обычно такие вирусы реплицируются в макрофагах; б) они индуцируют продукцию большого количества антител с плохой способностью к нейтрализации гомологичных вирусов; в) способны к персистентной инфекции, характеризующейся продолжительной виремией (Tirado S. M., Yoon K. S., 2003). В основном этот феномен проявляется в ответ на образование антител изотипа IgG1 (Henchal E. A. et al., 1985). У людей имеются три типа рецепторов Fc, которые связывают человеческие IgG: FcyRI, FcyRII и FcyRIII (CD16). FcyRI наиболее представлен на моноцитах/макрофагах человека, и он связывает IgG с наибольшей авидностью. Поэтому ему принадлежит «лидерство» среди других рецепторов макрофагов в реализации феномена ADE (Cancel S. M., Kyoung-Jin Y., 2002).

Наиболее важным эпитопом оболочечного белка ВИЧ для развития C-ADE у ВИЧ-инфицированных людей является иммунодоминантный регион gp41. Развитие FcR-ADE происходит благодаря антителам к V3-петле gp120 (Fust G., 1997). У ВИЧ-инфицированных людей соблюдается определенная очередность проявления вариантов развития ADE. На ранней стадии инфекции феномен реализуется через V3-петлю gp120 (по типу FcR-ADE), по типу C-ADE феномен начинает проявляться перед клиническим прогрессированием ВИЧ-инфекции (Thomas H. I. et al., 1996).

G. Fust (1997) кратко суммировал клиническое значение феномена ADE для ВИЧ — это прогрессирование инфекции; и облегчение переноса вируса от матери к плоду (см. подглаву 2.3 «Сборка» многоклеточных организмов»).

Любопытны исследования результатов вакцинации против вирусов, персистирование которых в организме человека или животного сопровождается феноменом ADE. В подробной сводке S. M. Tirado и K. S. Yoon (2003), обобщивших результаты вакцинации животных против вирусов Денге, респираторного синтициального вируса, вируса лейкоза кошачьих, вируса Алеутской болезни норок, отдельных лентивирусов, приводятся экспериментальные доказательства увеличения восприимчивости животных к инфицированию тем вирусом, против которого их иммунизировали.

Инфекционная анемия лошадей. Это лентивирусная инфекция лошадей, проявляющаяся синдромами лихорадки, анорексии, анемии и имеющая возвратное циклическое течение в первый год после инфицирования. В последующем болезнь приобретает асимптоматическое течение, или у животного развивается сидром хронической слабости. С целью моделирования стратегий вакцинации против ВИЧ были проведены исследования по оценке эффективности вакцин против вируса инфекционной анемии лошадей (equine infectious anemia virus, EIAV) (Issel C. J. et al., 1992; Wang S. Z. et al., 1994). Они показали серьезное обострение болезни у вакцинированных лошадей и пони, как следствие присутствия антител, индуцированных введением вакцины. C. Isel at al. (1992) использовали виремию как критерий тяжести болезни и продемонстрировали, что инактивированная цельновирионная вакцина не может предотвратить развитие виремии у животного, которому введен вирулентный штамм вируса. Такая вакцина не смогла предотвратить развитие клинических симптомов болезни у пони, инфицированных EIAV. В экспериментах по заражению гетерологичным штаммом вируса животных, вакцинированных высокоочищенным оболочечным гликопротеином вируса, не удавалось ни предотвратить виремию, ни развитие клинических симптомов болезни. В последующем S. Wang et al. (1994) провели масштабные эксперименты на пони и лошадях по оценке защитной эффективности рекомбинантной вакцины, полученной на основе поверхностного гликопротеина EIAV. Результаты экспериментов показали усиление инфекции у всех предварительно вакцинированных животных.

Иммунодефицит кошек. Ретровирус (feline immunodeficiency virus, FIV), возбудитель этой болезни, так же как и вирус инфекционной анемии лошадей, рассматривался в 1990-х гг. учеными в качестве модели для моделирования исследований эффективности вакцинации против ВИЧ (Bendinelli M. et al., 1995; Jarrett O. et al., 1990). После инфицирования FIV, у кошек, вакцинированных оболочечным рекомбинантным белком вируса, виремия обнаруживалась даже раньше, чем у невакцинированных животных (Radkowski M.T. et al., 1993). В сходных исследованиях с различными рекомбинантными FIV-вакцинами было установлено, что в крови животных в ответ на вакцинацию обнаруживаются антитела к оболочечному белку (env) вируса, плохо нейтрализующие вирус в условиях in vitro. У вакцинированных животных вирусная нагрузка была значительно большей, чем у невакцинированных (Baldinotti F.D. et al., 1994; Huisman W. et al., 1998). M.J. Hosie et al. (1992) продемонстрировали усиление клинических признаков болезни у кошек при росте титров антител к коровому белку (core protein) FIV.

Инфекционно-эволюционные качели. Исследование деталей инфекционного процесса, вызванного ВИЧ, позволяет установить еще один феномен. По данным А. Takeda et al. (1988), в условиях in vitro добавление к клеткам моноцитов сыворотки ВИЧ-инфицированных людей в субнейтрализующих концентрациях значительно усиливает репликацию вируса. Высокие же концентрации такой сыворотки показывают вируснейтрализующую активность. Следовательно, ВИЧ не удается «увильнуть» от специфических антител до того момента, когда под их давлением селекционируется вариант вируса, «избегающий» таких антител (см. «Антигенные детерминанты ВИЧ»). Но в отличие от антител к ВНО, они не блокируют его инфекционность, а усиливают ее. Поэтому у антител к ВИЧ двоякая роль в инфекционном процессе — в низких титрах они способствуют повышению инфекционности вируса в отношении фагоцитирующих клеток (об их роли в генерализации ВИЧ-инфекции см. подглаву 2.2 «Ретровирусы» и рис. 35); в высоких способствуют эволюции вируса. И с каждым новым серовариантом вируса цикл повторяется. Результатом работы такого механизма является массивное распространение ВИЧ по фагоцитирующим клеткам, имеющим на своей поверхности рецептор CXCR4. Я предлагаю назвать этот феномен «инфекционно-эволюционными качелями».

Эволюционный смысл ВИЧ-инфекции. Разумеется, сами ретровирусы смысл в своих «действиях» не ищут; и данный процесс не направляется энтелехией — конечной причиной или целью в понимании Аристотеля. Для ВИЧ размножение в Т-лимфоцитах-хелперах — решение задачи собственного «бессмертия» на уровне клеток отдельной ткани. Такая возможность появилась у него случайно, благодаря тому, что первыми инфицируются макрофаги, а Т-хелперы «по долгу службы» обязаны вступать с ними в тесные контакты для распознания иммуногенных комплексов (антиген+молекулы II класса МНС) на поверхности макрофага. Но элиминация Т-хелперов ослабляет координирующую роль в иммунных ответах, присущую этим клеткам. Если рассматривать фагоцитирующие клетки макроорганизма как элемент «реликтовой иммунной системы» (см. подглаву 2.3), то утрата ими способности участвовать в клеточном и гуморальном ответах (см. табл. 13) для макроорганизма является проявлением морфо-физиологического регресса, идущего в направлении «утраты структур и функций без замены новыми». Для иммунной системы человека утрата контроля над фагоцитирующими клетками означает откат на 600 млн лет назад к иммунной системе первых многоклеточных организмов. Сами фагоцитирующие клетки «возвращаются» в состояние, занимаемое ими в иммунной системе примитивных многоклеточных животных, — т. е. мусорщиков. Следовательно, ВИЧ запускает процесс, противоположный тому, который в ходе эволюции привел к усложнению многоклеточных организмов. Тем самым запускаются сразу несколько эволюционных процессов: 1) среди паразитов фагоцитирующих организмов (к ним мы еще вернемся ниже; см. подглаву 4.2.3 «Возвращение оспы»); 2) и самого вида Homo sapiens (см. главы 1 и 4.3). Для нас же этот «эволюционный смысл» в том восприятии времени, которое нам доступно на бытовом уровне, проявляется инфекционным процессом.

%%%

Ответы иммунной системы человека на ВНО и ВИЧ эффективны, но прямо противоположны по содержанию. В отличие от ВНО, пролиферация ВИЧ не контролируется Т- и В-клеточной составляющей иммунной системы. Наоборот, иммунная система как бы отделяется от человека и помогает вирусу расширить свой ареал за счет фагоцитирующих клеток. Если рассматривать этот процесс в доступном нам ощущении времени, т. е. как инфекционный процесс, то по аналогии можно прийти к выводу о существовании паразитов, способных реализовывать стратегию, при которой продолжительность болезни хозяина будет ограничена только продолжительностью его жизни. Назовем ее второй стратегией паразитизма, или стратегией депопуляции. Вызываемый таким паразитом инфекционный процесс не блокируется Т- и В-клеточной составляющей иммунной системы. Поэтому он не носит циклический характер, не предполагает периода угасания клинических проявлений болезни и выздоровления больного (реконвалесценции). Передача паразита между хозяевами происходит всегда реализуемым путем — половым, без которого вид не может размножаться. Такая стратегия дает преимущества паразиту среди особей малочисленных популяций хозяев, обитающих на обширных территориях.

Отдельные инфекционные процессы, продолжительность которых не ограничивается действием иммунной системы, уже описаны как медленные инфекции. Но чтобы понятийно отделить их от инфекционных процессов, описанных в предыдущей подглаве (т. е. циклического типа), целесообразно ввести термин «нециклический инфекционный процесс». Отнесение инфекционного процесса к этому типу будет указывать на неучастие Т- и В-клеточной составляющей иммунной системы в их ограничении и снимет неопределенность, существующую в применении к продолжительности инфекционного процесса прилагательных «быстро» или «медленно». Нециклический характер может приобрести течение инфекционной болезни, вызванной микроорганизмом, использующим стратегию паразитизма первого типа, если нормальное функционирование клеточной и гуморальной иммунной системы будет нарушено каким-либо физическим (ионизирующее излучение), химическим (цитостатические препараты) или биологическим фактором (ВИЧ-инфекция, микоплазмы и др.). К ним относятся также и те, возбудители которых распространяются по нервным волокнам (бешенство, подострый склерозирующий панэнцефалит, прогрессирующий краснушный панэнцефалит и др.).

3.3. Многокомпонентные нециклические инфекционные процессы

Надклеточный уровень. Клеточный уровень. Уровень генома.


Одной из самых ранних находок у ВИЧ-иммунокомпромисных людей стала их поразительнаячувствительность к оппортунистическим инфекциям. По мере прогрессирования болезни у ВИЧ-инфицированных пациентов развиваются инфекционные процессы, называемые СПИД-ассоциируемыми. Они и становятся основной причиной смерти больного СПИДом. Прослеживаются как минимум три уровня взаимодействия возбудителей оппортунистических инфекций, ВИЧ и клеток иммунной системы.

Надклеточный уровень. Изучен наиболее детально. Развитие оппортунистических инфекций при ВИЧ-инфекции формально «привязано» к количеству в крови Т-хелперов. У здоровых людей в 1 мм3содержится около 1000 таких клеток. У ВИЧ-инфицированных их число постепенно падает (см. рис. 47). Когда хелперных Т-лимфоцитов становится меньше 400–200 на мм3, появляются первые инфекционные болезни — обычно неопасные, но беспокоящие больных инфекции кожных покровов и слизистых оболочек.

Наиболее чувствительными к ослаблению иммунной защиты организма являются вирус герпеса зостер (опоясывающий лишай), грибок кандида (молочница), вирус Эпштейна-Барра (волосатая лейкоплакия полости рта), туберкулезная палочка (стадия пре-СПИДа). На фоне прогрессирующего паралича иммунной системы (ранняя стадия СПИДа) активируются пневмоцисты, гистоплазмы, кокцидии, криптококки, токсоплазмы, вирус простого герпеса, криптоспоры. Поздняя стадия СПИДа (число Т-хелперов падает до минимума) сопровождается активацией цитомегаловируса и атипичных микобактерий — предвестников фатального исхода болезни (Милз Д., Мазур Г., 1990).

А. Я. Лысенко с соавт (1996) выделяют следующие особенности течения инфекций у лиц с приобретенным иммунодефицитом (табл. 15):

1) инфекции имеют тенденцию протекать с опасной для жизни пациента остротой;

2) имеют тенденцию к диссеминации возбудителя с обнаружением его в эктопических органах и тканях;

3) слабую податливость специфической терапии с тенденцией к множественным рецедивам, что особенно характерно для пневмоцистоза, токсоплазмоза, криптоспоридоза, атипичных микобактериозов и др;

4) слабый иммунный ответ на оппортунистического возбудителя.

Но у многих исследователей ВИЧ/СПИД-пандемии вызывает недоумение то обстоятельство, что нет логики в «подборе» перечня СПИД-ассоциируемых инфекций. Их возбудители таксономически крайне неоднородны, отсутствуют видимые признаки сходства в жизненных циклах и экологии. Иными словами, между условно-патогенными паразитами и СПИД-ассоциируемыми инфекциями нет обязательной обусловленности (см. работу Лысенко А. Я. с соавт., 1996). Отсутствие ожидаемой «логики» или «обусловленности» СПИД-ассоциируемых инфекций все же указывает на возможность определенной специфичности в подборе их возбудителей. Вот несколько примеров.

Сурфактантный белок A (SP-A), присутствующий в бронхоальвеолярной жидкости ВИЧ-инфицированных людей, усиливает прикрепление M. tuberculosis к альвеолярным макрофагам, провоцируя туберкулезную инфекцию. Этот процесс на стадии «преСПИДа» не связан с ослаблением иммунной системы, так как инфицирование человека туберкулезной палочкой обычно происходит еще до истощения Т-хелперов (Downing J. P. et al., 1995). M. tuberculosis и их белки, в свою очередь, способны активировать репликацию ВИЧ в макрофагах (Toossi Z. et al., 1997). Развитие туберкулезной инфекции усиливает репликацию ВИЧ и, соответственно, увеличивает вирусную нагрузку в крови ВИЧ-инфицированных пациентов. По данным Goletti D. еt al. (1996), она возрастает от 5 до 160 раз в период острой фазы туберкулеза.

Для возбудителя другой СПИД-индикаторной инфекции — M. avium — известны, по крайней мере, три таких фактора. Первый, этоинтерлейкин 6 (IL-6). Его повышенный синтез у ВИЧ-инфицированных людей резко увеличивает чувствительность макрофагов к M. avium. Второй — гликопротеин gp120 самого ВИЧ. Он усиливает размножение M. avium в альвеолярных макрофагах, — заражение человека этой микобактерией становится специфическим и неизбежным (Denis M., 1994а). Третий — этоTat-белок ВИЧ, трансактиватор транскрипции вируса (transactivator of transcription), обеспечивающий усиление репликации вируса и регулирующий экспрессию клеточных генов. Он с высокой аффинностью присоединяется к M. avium посредством интегрина (integrin alpha 5 beta 1), присутствующего на поверхности микобактериальной клетки. В результате у M. аvium значительно возрастает инфективность в отношении альвеолярных макрофагов человека (Denis M., 1994b).

Таблица 15. Характерные симптомы и признаки СПИД-ассоциируемых инфекций у людей различным иммунным статусом[20]

Вид возбудителя | Здоровые | С иммунологической дисфункцией | С приобретенным иммунодефицитом, в том числе вызванным ВИЧ

Cryptosporidium spp. | В подавляющем большинстве случаев — бессимптомное носительство | Преходящая самокупирующая диарея | Персистирующая водянистая диарея, диссеминация (холангит: холецистит, реактивный панкреатит, пневмония)

Toxoplasma gondii | У 99 % — бессимптомное носительство, около 1 % лимфоаденопатия | Лимфаденопатия, хроническая инфекция с органными поражениями, в том числе ЦНС | Менингеальные знаки, двигательные расстройства (очаговая дистония, гемибаллизм), пневмония, хориоретинит

Pneumocystis carinii | В подавляющем большинстве случаев — бессимптомное носительство | Интерстициальная пневмония | Рецидивирующая интерстициальная пневмония, | кавернизация легких, | диссеминация с эктопическими поражениями | (кожи, костей, сетчатки, щитовидной железы, кишечника, гепатобилиарной сисемы, КМ)

Isospora belli | Носительство или кратковременная самокупирующаяся диарея | Хроническая диарея с признаками мальабсорбации | Хроническая рецидивирующая диарея с диссеминацией возбудителя в лимфатические узлы

Leishmania infantum | У взрослых — латентная инфекция | Лихорадка, гепато- и спленомегалия, панцитопения, иммуносупрессия | Диссеминация с эктопическими поражениями (легочные инфильтраты, плевральные выпоты, эзофагогастродуоденит, поражение гепатобилиарной системы, кожные поражения). | Характерно: часто нет спленомегалии, отсутствуют специфические антитела в сыворотке

Acanthamoeba spp. | Носительство | Изъязвление роговицы, гранулематозный энцефалит | Энцефалит, некротическая пневмония, панникулиты

Blastocystis nominis | Носительство | Легкая самокупирующаяся диарея | Хроническая рецидивирующая диарея

Strongyloides stercoralis | В 50 % случаев бессимптомно, линейная крапивница, бронхообструктивный синдром, легкая диарея, эозинофилия | Гиперинвазивный и диссеминированный с присоединением бактериальной инфекции с септицемией, эозинофилия, парез кишечника | Чаще всего диссеминированный стронгулоидоз: истощение, хроническая диарея: асцит, пневмония, нефрит, менингит, хроническая линейная крапивница

Sarcoptes scabiei | Чесоточные ходы, зуд | Диссеминированная инвазия с тяжелыми кожными поражениями | Диссеминированная инвазия, может служить ко-фактором сепсиса с летальным исходом

Candida albicans | В подавляющем большинстве случаев носительство | Стоматит, эзофагит, хронический гранулематозный кандидоз кожи, диссеминированный (кандидемия, кандидоз ЦНС, гломерулонефрит, эндофтальмит, эндокардит, холецистит, гепатит) | Стоматит, эзофагит, вагинит, кандидоз кожи, пневмония, очень редко кандидоз ЦНС

Cryptococcus neoformans | Чаще всего — бессимптомно, реже — менингит, острый бронхит | Острый менингоэнцефалит, лихорадка, фунгемия, криптококкома кожи, остеомиелит, целлюлит, спондилит | Подострый менингоэнцефалит, диссеминированная инфекция (миокардит, медиастенит, плеврит, интерстициальная пневмония, тиреоидит, панкреатит, нефрит, эндофтальмит)

Histoplasma capsulatum | В большинстве случаев — бессимптомно, 1 % — острый диссеминированный | Хронический легочный или хронический прогрессирующий диссеминированный гистоплазмоз | Диссеминированный гистоплазмоз (истощение, лихорадка, гепатоспленомегалия, панцитопения, ДВС синдром, поражение кожи, менингит, хориоретинит)

Coccidioides immitis | В 50 % случаев — бессимптомно, | в 0.2-10 % — абсцессы кожи, мягких тканей, л/узлов, костей, бронхопневмония | Пневмония, лихорадка, лимфаденопатия, менингит, кардиомиопатия, спондилит | Чаще всего кокцидиоидный “сепсис” — пневмония, абсцессы мозга, мягких тканей, кожи, почек, гепатит, панкреатит, поражение КМ, селезенки

Cytomegalovirus hominis | В подавляющем большинстве случаев — носительство | Пневмония, гепатит, стоматит, эзофагит: “мононуклеозоподобный” синдром, виремия, анемия, тромбоцитопения | Интерстициальная пневмония, стоматит, эзофагит, колит, проктит, менингоээнцефалит, полирадикуломиелит, адреналит хориоретинит, нефрит

Herpes simplex | Практически всегда — носительство, редко — гингивостоматит, локальные везикулярные высыпания на коже | Стоматит, эзофагит, гепатит, пневмония, распространенные везикулярные высыпания на коже, часто рецидивирующего характера | Стоматит, эзофагит, ретинит, менингоэнцефалит, пневмания, проктосигмоидит, перианатальный герпес, диссеминированное поражение кожи, гепатит, нечасто — генерализованная герпетическая инфекция

Mycobacterium avium complex | Носительство | Хронический легочный, вялотекущий процесс | Хроническая диарея, гепатоспленомегалия, лимфаденопатия, бактериемия, колит, поражение лимфоузлов (часто мезентериальных), редко — поражение легких

Mycobacterium tuberculosis | Чаще всего — носительство, реже — туберкулез бронхов, очаговый, инфильтративный процесс в легких, разрешающийся полностью после адекватной терапии | Очаговый, инфильтративный, склонность к развитию каверн, миллиарный туберкулез, довольно часто внелегочные формы (кости, ЦНС) | Неблагоприятно протекающий, ранее приобретенный туберкулез, торпидность к общепринятой терапии, отрицательная кожная проба с туберкулином, часто туберкулез легких протекает по типу диффузной интерстициальной пневмонии, нередко внелегочные формы (поражение селезенки, лимфоузлов, почек, костей, кишечника, менингоэнцефалит)

Salmonella spp. | Очень часто носительство, редко — диарея, рвота, лихорадка, обезвоживание | Пневмония, нефрит, гастроэнтероколит, септицемия, септикопиемия | Практически всегда генерализованная форма, редко — гастроэнтероколит


Клеточный уровень. ВИЧ поражает различные клетки человека, но два типа являются критическими для развития ВИЧ-инфекции — это T-лимфоциты-хелперы и макрофаги. Если первые постепенно устраняются из крови самим вирусом, то вторые, наоборот, приобретают устойчивость к апоптозу и используются им до самой гибели больного СПИДом. Еще в 1994 г. Stevenson M. и Gendelman H. E. на основе собственных наблюдений пришли к выводу, что макрофаги играют центральную роль в прогрессировании ВИЧ-инфекции и ее клинических проявлений (рис. 56).

Рис. 56. Роль макрофагов в прогрессировании ВИЧ-инфекции

Вирус приникает в организм человека как в составе макрофагов, так и с тканевыми жидкостями в виде свободных частиц. Макрофаги распространяют ВИЧ по тканям и органам (современную модель повреждения и смерти нейронов под воздействием ВИЧ-инфекции см. на рис. 34) и непосредственно передают его Т-клеткам-хелперам. В этом процессе Т-хелперы активируются через представление антигена главным комплексом гистосовместимости макрофагов. Вирус от моноцитов передается к взаимодействующим с ними Т-хелперами. Активация макрофагов происходит через опортунистическую инфекцию и стимуляцию иммунной системы (Stevenson M., Gendelman H.E., 1994).


Поведение макрофагов, вышедших из под контроля Т- и В-клеточной системы, мало похоже на то, что приписывается им учебниками по иммунологии. По «законченным» представлениям их авторов о роли иммунной системы в инфекционном процессе, макрофаги относятся к врожденной системе иммунитета человека. Основное предназначение макрофага — удаление из крови микроорганизмов, опухолевых клеток, иммунных комплексов, презентация антигенов лимфоцитам и т. п. (см., например, работы Б. И. Кузника, 2004; А. С. Ройта с соавт., 2000; В. Г. Галактионова, 1998). В подглаве 2.2 я уже обращал внимание исследователей на то, что ВИЧ взаимодействует с макрофагами не только посредством хемокиновых рецепторов, но и маннозных, что более характерно для взаимоотношений паразитов почвенных и водных простейших. Причем в последнем случае он ведет себя как эндосимбионт, т. е. не интегрируется с геномом макрофага и не реплицируется. Но и те хемокиновые рецепторы на поверхности макрофагов, с которыми взаимодействует ВИЧ, очень древние, из времен одноклеточной жизни, так как принадлежат хемокинам C–X-C и C–C подклассов.

По данным S. Wahl et al. (2006), клеточная поверхность и внутриклеточные протеины макрофагов оказались весьма эффективными на различных этапах жизненного цикла лентивирусов. И хотя многие из них «подражают» таковым у CD4+ T-клеток, этими авторами получены доказательства существования у макрофагов хорошо отлаженных индивидуальных механизмов, позволяющих ВИЧ более эффективно колонизировать макрофаги, чем Т-клетки-хелперы. Например, в дополнение к хемокиновому рецептору CD4 и корецептору CCR5 Т-клеток-хэлперов, наружная мембрана макрофагов содержит белок аннексин II (annexin II), облегчающий ранние этапы проникновения ВИЧ в клетку. Связывание ВИЧ с макрофагами осуществляется более просто, чем с Т-клетками-хэлперами, так как для этого он может использовать значительно большее количество поверхностных молекул клетки, а не только рецептор CD4 (рис. 57).

Рис. 57. Схематическое изображение участка мембраны макрофага, способного к взаимодействию с ВИЧ

В дополнение к каноническим рецепторным структурам типа CD4 и CCR5/CXCR4, мембрана макрофага имеет дополнительные молекулярные структуры, позволяющие вирусу эффективно узнавать макрофаг, присоединяться к его наружной поверхности и проникать вовнутрь клетки. Они могут также играть важную роль в сигнальных клеточных актах, лежащих в основе жизненного цикла вируса. Взаимодействие гликопротеина gp120 ВИЧ с CCR5 приводит к сигнальной трансдукции, активирующей PI-3K (PI — ингибитор протеазы). PI-3K, в свою очередь, активирует серин/треонин протеинкиназу (serine/threonine protein kinase, AKT). Далее запускается каскад реакций фосфорилирования, формирующих связи между транскрипционными актами. Аннексин (annexin II, Ann II) — это кальцийсвязывающий белок [calcium (Ca++)-binding protein], он взаимодействует с фосфатидилсерином (phosphatidylserine) Env ВИЧ и участвует в актин-цитоскелетных перестановках (actin cytoskeletal rearrangement) и в транспорте вируса вовнутрь макрофага. Актин и аннексин II «вовлекают» вирус в эндосомальный компартамен, где он чувствует себя «как дома». В «узнавании» ВИЧ также участвуют маннозный рецептор макрофага (macrophage mannose receptors, MMR), gp340, CD63, галактозилцереброзид (galactosylcerebroside, GalCer) и синдекан (syndecan, Syn). Точечные линии относятся к путям, предполагаемым для Т-клеток. Pyk2 (proline-rich tyrosine kinase-2) — пролин-обогащенная тирозинкиназа-2; SAPK (stress-activated protein kinase) — стресс-активированная протеинкиназа (Wahl S. et al., 2006).


Среди компонентов мембраны макрофагов в качестве кандидатов в кофакторы, позволяющих gp120 или gp41 ВИЧ взаимодействовать с этими клетками, уже описаны протеогликаны гепарин-сульфата (heparan sulfate proteoglycans), такие как синдекан (syndecan); цистеин-богатый рецептор-мусорщик (cysteine-rich scavenger receptor), gp340; маннозный рецептор, эластаза лейкоцитов человека (human leukocyte elastase), локализованная в клеточной поверхности и др. (табл. 16).

Таблица 16. Кофакторы мембраны макрофага, взаимодействующие с ВИЧ в дополнение к CD4 и CCR5[21]

Лиганды оболочки ВИЧ | Кофакторы мембраны макрофага

gp 120 | Синдекан, GalCer, MMR (CD 206), Gp -340, сульфат гепарина, DC — SIGN (CD 209), PDI

gp41 | Эластаза

PS | Аннексин II

ICAM-3 | DC-SIGN (CD209)

ICAM-1 (CD54) | LFA-1

MHC–I/MHC–II | CD4

CD28 | CD80*[22]

CD44 | HA*

CD62L | Карбонгидраты: sLEX, GlyCAM1

? | CD63

CD86 | CD28*

CD40 | CD40*

CD36, CD55, CD63, CD 81 |?


В зависимости от обстоятельств каждая из этих молекул (вместе или по отдельности с другими) может присоединять и концентрировать ВИЧ на поверхности макрофага, обеспечивать ему слияние с клеточной мембраной и/или влиять на его «благополучие» посредством сигнальной трансдукции. ВИЧ — облигатный паразит, имеющий ограниченный репертуар генов и генных продуктов, весьма эффективно использует ресурсы макрофага для своего существования и размножения. S. Wahl et al. (2006), исследовавшие возможные клеточные механизмы торможения репликации ВИЧ, которые могли бы рассматриваться как «защищающие клетку от вируса», не нашли убедительных доказательств их наличия.

Выделенные из крови моноциты конститутивно экспрессируют CD4 и CCR5 с вариабельным уровнем CXCR4 (Wahl S. M. et al., 1999). После дифференциации в макрофаги количество корецепторов на их поверхности увеличивается — их чувствительность к ВИЧ возрастает. Еще на поверхности слизистых инфицированный макрофаг может «случайно столкнуться» с миелоидными производными дендритных клеток (myeloid-derived dendritic cells, DC), которые, благодаря экспрессии DC-специфических межклеточных адгезионных молекул SIGN, могут «запустить» репликацию ВИЧ еще до проникновения макрофага в лимфоидную ткань (Geijtenbeek T. B. et al., 2000; Baribaud F. et al., 2001).

После взаимодействия ВИЧ с макрофагом он индуцирует сигнально-трандукционные акты, приводящие к транскрипции генов. Эти ответы, как правило, скоротечные и клетка возвращается к покоящемуся фенотипу («resting» phenotype) в течение 24–48 ч. В этих пределах времени вирус начинает свой жизненный цикл. Между 5 и 10 сутками после инфицирования макрофага, начинается активная продукция ВИЧ. Ее максимум достигается на 14 сутки. В макрофаге у ВИЧ экспрессируются гены, важные не только для его собственной репликации, но и способны эффективно оказывать влияние на функцию клетки-хозяина (рис. 58).

Рис. 58. Механизмы контроля со стороны ВИЧ над внутриклеточными процессами макрофагов

Белки ВИЧ Vpr, Vpu, Vif и Nef, в дополнение к Tat-регуляторному белку, влияют на сигнальную трансдукцию, генную экспрессию и белковый синтез. Сокращения: Sp1 (specificity protein-1) — специфичный белок-1; GR (glucocorticoid receptor) — глюкокортикоидный рецептор; QA (quinolinic acid) — квинолиновая кислота; TRAIL (TNF-related apoptosis-inducing ligand) — TNF-связанный апоптоз-индуцирующий лиганд; iNOS (inducible nitric oxide synthase) — индуцибельная окись-азота синтетаза; MR (mannose receptor) — маннозный рецептор; STAT (signal transducer and activator of transcription) — сигнальный преобразователь и активатор транскрипции; AP-1 (activated protein-1) — активированный белок-1; HCK (hematopoietic cell kinase) — гематопоэтическая клеточная киназа; FcR (Fc receptor) — Fc-рецептор; p21 (cyclin-dependent kinase inhibitor 1A; CDKN1A — циклин-зависимый ингибитор киназы 1А) (Wahl S. et al., 2003).


Гены сигнальной трансдукции наиболее активно экспрессируются ВИЧ-инфицированным макрофагом в 1-е и 14-е сутки; пики экспрессии генов транскрипции, клеточного цикла и апоптоза приходятся на 1-е сутки и на 7–14; гены метаболических процессов, цитокинов и хемокинов наиболее активны в 1-е сутки после инфицирования (Vazquez N. et al., 2005). Среди генов клеточного цикла N. Vazquez et al. (2005) выделяют ген p21 (cyclin-dependent kinase inhibitor 1A; CDKN1A/p21) — классический ингибитор G1-фазы клеточного цикла. Он наиболее активно экспрессируется ВИЧ-инфицированным макрофагом. Вирусный белок R (Vpr) независимо регулирует экспрессию p21. «Лечение» макрофагов p21-антисмысловыми олигонуклеотидами или малыми интерферирующими РНК (small interfering RNAs) тормозит репликацию ВИЧ. Эти данные показывают, что p21 является основным стимулятором жизненного цикла ВИЧ в макрофагальной клетке.

Одной из самых ранних находок у ВИЧ-иммунокомпромисных людей стала их поразительная чувствительность к оппортунистическим инфекциям. Макрофаги, полученные от ВИЧ-инфицированных пациентов с такими инфекциями, содержат значительное количество вирусных частиц. Этот феномен сказывается на эффективности активной ретровирусной терапии и является основной причиной смерти больных СПИДом.

S. Wahl et al. (2003) исследовали причины повышения такой восприимчивости на примере Mycobacterium avium — бактерии, неспособной вызывать инфекционный процесс у иммунокомпетентного человека. В организм иммунокомпромиссного пациента M. avium проникает через слизистую поверхность, активно размножается в макрофагах и ими же диссеминируется.

S. Wahl et al. (2003) наблюдали воздействие бактерий на макрофаги в условиях in vitro, когда на них не действуют цитокины Т-клеток. M. avium активирует основной транскрипционный активатор воспалительных цитокинов, NF-кB (nuclear factor кB), и увеличение экспрессии CCR5 и цитокинов. Оба фактора стимулируют репликацию ВИЧ у инфицированного макрофага, и восприимчивость неинфицированного макрофага к этому вирусу (рис. 59).

Рис. 59. Один из механизмов индукции благоприятных для ВИЧ факторов в макрофагах, инфицированных M. avium

Микобактерия активирует NF-kB, экспрессию CCR5, синтез хемокинов и цитокинов и подавляет апоптоз. В результате у макрофага повышается восприимчивость к ВИЧ, а в ВИЧ-инфицированных макрофагах вирус активно размножается. Образование бактериальных скоплений в макрофаге вызывает у людей гранулематозоподобные поражения, наполненные мультиядерными гигантскими клетками (multinucleated giant cells; MNGC), активированными макрофагами и заново рекрутированными мононуклеарными клетками (Wahl S. M. et al., 2000).


Макрофаги, инфицированные M. avium, интенсивно секретируют хемокины MCP-1 и MIP-1. По данным H. Hale-Donze et al. (2002), с этими хемокинами связана способность макрофагов к диссеминации микобактериальной инфекции в новом хозяине. Также MCP-1 и MIP-1 повышают их восприимчивость к ВИЧ. Особо хочу здесь отметить то, что на этом примере мы вновь видим участие в диссеминации микроорганизмов фагоцитирующими клетками человека, прежде всего хемокинов группы СС, сформировавшейся до появления позвоночных организмов (см. работу Najakshin A. M. et al., 1999; и рис. 38). Индукция цитокинов, специализирующихся в многоклеточных организмах на воспалительных реакциях, поддерживает ВИЧ в состоянии активной репликации и обеспечивает работу механизма, посредством которого оппортунистическая инфекция функционирует как кофактор, повышающий экспрессию генов ВИЧ и утяжеляющий течение ВИЧ-инфекции.

На раннем этапе взаимодействия M. avium с макрофагом активируется Toll-подобный рецептор-2 (Toll-like receptor 2), что проявляется фосфорилированием p38 MAPK (mitogen-activated protein kinase — митоген-активированная протеин киназа) и активацией серии транскрипционных факторов, ведущих к изменению экспрессии генов макрофага. Посредством транскриптомного анализа было показано, что M. avium, также как и ВИЧ (см. Vazquez N. et al., 2005), увеличивает количество p21, ингибитора G1-фазы клеточного цикла в клетке, который облегчает ее инфицирование ВИЧ. В дальнейшем происходит быстрое и масштабное нарастание экспрессии генов цитокинов TNF-альфа и IL-lбета.

M. avium может не только облегчить свое проникновение и выживание в макрофагальных внутриклеточных вакуолях, но и обрывать любое возможное противодействие ВИЧ со стороны клетки. В дальнейшем экспрессии подвергаются гены IL-10 и других иммуносупрессивных молекул, которые подавляют антибактериальные и противовирусные ответы хозяина (Greenwell-Wild T. et al., 2002).

Обнаружены и более сложные механизмы активации экзогенных ретровирусов возбудителями оппортунистических инфекций. Например, экспрессия генов ВИЧ, регулируемая посредством LTR, может быть трансактивирована регуляторными генами многих ДНК-вирусов, обычно инфицирующих людей. Среди них вирус простого герперса первого и второго типа, цитомегаловирусы, герпес-вирус 6, вирус гепатита В (Urnovitz H. B., Murphy W. H., 1996).

Клинические и экспериментальные данные показывают, что человеческий герпес-вирус 6А (human herpesvirus 6A; HHV-6A) — цитопатический Т-лимфотропный ДНК-вирус и этиологический агент roseola infantum способствует прогрессированию СПИДа совместно с ВИЧ. Этот вирус повышает патогенность ВИЧ по нескольким механизмам: активизацией LTR ВИЧ; индукцией CD4-экспрессии; повышением чувствительности к ВИЧ обычно мало восприимчивых к нему клеток, таких как CD8+ T-клетки и NK-клетки; переключением тропности ВИЧ с рецептора CCR5 на рецептор CXCR4 (см. рис. 47); и др. В опытах по совместному инфицированию обезьян (Macaca nemestrina) вирусом иммунодефицита обезьян (simian immunodeficiency virus, SIV) и HHV-6A было обнаружено быстрое нарастание количества частиц SIV в плазме крови, ассоциированное со скоротечным проявлением клиники болезни и последующей сероконверсией. В то же время животные, инфицированные только HHV-6A, не имели длительных патологических последствий (рис. 60).

Рис. 60. Результаты гистопатологического исследования и гибридизации in situ ткани лимфатических узлов, полученных от макак, инфицированных SIVsmE660 (А и В) и SIVsmE660+HHV-6AGS (Б и Г)

На фотографиях A и Б показаны результаты окрашивания гистологических препаратов гематоксилинэозином (hematoxylineosin). На фотографиях В и Г показаны результаты гибридизации in situ SIV РНК тех же разрезов лимфатических узлов. Стрелки показывают увеличенные лимфоидные фолликулы с реагирующими (reactive) герминальными центрами (A и Б), и специфический SIV РНК-гибридизационный сигнал соответствующих герминальных центров (В и Г). В ткани животного, инфицированного только SIV (А и Г), общая архитектура лимфатического узла сохранена, лимфоидные фолликулы едва видны в субкапсулярной области. Низкий уровень SIV РНК. В ткани животного, инфицированного SIVsmE660 и HHV-6AGS (Б и Г), гистологическая архитектура лимфатического узла значительно «сглажена» за счет выраженной фолликулярной гиперплазии и сливающихся между собой герминальных центров. Интенсивный сигнал SIV РНК в субкапсулярной области и глубоко расположенных фолликулах (Lusso P. et al., 2007).


Следовательно, хотя ВИЧ-инфекция и лежит в основе повышения чувствительности макрофагов к оппортунистическим патогенам, их действие друг на друга взаимное и специфическое, оппотунистические патогены промотируют ВИЧ по механизму обратной связи.

Уровень генома. Предположения о связи между собой процессов, в которых участвуют экзогенные ретровирусы и эндогенные ретроэлементы, появились в начале 1990-х гг. Однако трудности их изучения обусловлены не только недостаточным развитием соответствующей методологии. В привычном для человека масштабе времени не всегда возможно определение пределов таких процессов в эволюционной истории его как вида Homo sapiens. Пока «максимальным разрешением» таких исследований является жизнь конкретного человека. В этом масштабе времени нециклические процессы, в основе которых лежитвзаимодействие эндогенных ретровирусов и ретроэлементов с экзогенными ретровирусами, могут, как минимум, протекать в следующих четырех вариантах.

1. Эндогенные ретровирусы и ретроэлементы усиливают инфекционный процесс, вызванный экзогенным ретровирусом. H. B. Urnovitz и W. H. Murphy (1996) описали ВИЧ-инфицированного пациента, чья иммунная система, благодаря активности эндогенного ретровируса млекопитающих типа С, находилась в хронически активированном состоянии. В результате прогрессирование ВИЧ-инфекции шло очень стремительно.

2. Эндогенные ретровирусы и ретроэлементы участвуют в комплементации нарушенных функций экзогенных ретровирусов. Отдельные HERV-K имеют транскрипционно активные открытые рамки считывания и кодируют собственную протеазу, идентичную протеазе ВИЧ. Протеаза HERV-K может комплементировать функцию протеазы ВИЧ у ВИЧ-инфицированных пациентов, подвергнутых лечению ингибиторами протеаз, и тем самым значительно снизить эффективность таких препаратов (Padow M. еt al., 2000).

3. Экзогенные ретровирусы активизируют эндогенные ретровирусы и ретроэлементы. J. J. Goedert et al. (1999) показали усиление экспрессии генов эндогеного ретровируса K10 (HERV-K10) у ВИЧ-инфицированных людей и больных СПИДом, и, соответственно, повышение риска развития у них тестикулярного рака (testicular cancer). ВИЧ индуцирует появление вирусных частиц HERV-K(HML-2) в сыворотке человека (Contreras-Galindo R. et al., 2006; 2007).

По данным Contreras-Galindo R. et al. (2007) РНК HERV-K(HML-2) встречается в крови ВИЧ-инфицированных пациентов почти всегда, в 95,33 % исследуемых образов, но отсутствует в крови неинфицированных ВИЧ людей. Ранее Contreras-Galindo R. et al. (2006), исследовав на нагрузку по РНК HERV-K кровь 20 ВИЧ-инфицированных пациентов, принимавших высокоактивную ретровирусную терапию (HAART), обнаружили, что титры такой РНК всегда значительно повышены у пациентов с несупрессированной HAART (non-suppressive HAART), т. е. у тех из них, у которых такая терапия не дает эффекта в субоптимальных дозах. У пациентов, у которых HAART давала положительный эффект, повышения титров РНК HERV-K, не обнаруживалось. В описанных случаях имеет место активизация ВИЧ HERV-K, те, в свою очередь, снижают эффективность HAART.

В качестве активаторов HERV могут выступить не только экзогенные ретровирусы, например, ВИЧ. По крайней мере, в клеточных линиях, инфицированных вирусом гриппа A/WSN/33 или вирусом герпеса первого типа, удавалось достичь аберрантной экспрессии HERV семейства W (Nellaker С. et al., 2006).

Пока неизвестно, способны ли передаваться горизонтально между людьми HERV, активизировавшиеся благодаря ВИЧ или другой инфекции, Но такую возможность нельзя исключать, и, несомненно, это очень интересная тема будущих исследований взаимоотношений экзогенных и эндогенных ретровирусов человека.

4. Эндогенные ретровирусы и ретроэлементы тормозят инфекционный процесс, вызванный экзогенным ретровирусом. Экспрессия Fv1, gag-последовательности эндогенных ретровирусов мышей, гомологичных семейству HERV–L, блокирует отдельные штаммы вируса лейкемии мышей. Каким образом это происходит, неясно (Bannert N., Kurth R., 2004). Патологические состояния, в основе которых лежит автономная деятельность эндогенных ретровирусов и ретроэлементов, описаны в подглаве 4.4.

%%%

При ВИЧ-инфекции клеточная и гуморальная составляющие иммунной системы постепенно перестают контролировать реликтовую иммунную систему, и фагоцитирующие клетки начинают играть в инфекционном процессе ту же роль «мусорщиков», которую они играли у первых многоклеточных животных. Между такими клетками и их паразитами восстанавливаются связи, отношения и даже иерархия, существовавшие у них в архее. На уровне макроорганизма они проявляются десятками нециклических инфекционных процессов, называемых СПИД-ассоциируемыми, и активизацией эндогенных ретроэлементов.

Так как взаимодействие возбудителей СПИД-ассоциируемыми инфекций, ВИЧ и клеток иммунной системы носит специфический характер на надклеточном, клеточном и генетическом уровнях, я предлагаю выделить такие процессы в отдельную группу — многокомпонентные нециклические инфекционные процессы. Их сложность, по мере ослабления контроля клеточной и гуморальной иммунной системы над реликтовой иммунной системой, нарастает; и они начинают поддерживать себя сами по различным дублирующим специфическим механизмам. Например, белок SP-A, присутствующий в бронхоальвеолярной жидкости ВИЧ-инфицированных людей, усиливает прикрепление M. tuberculosis к альвеолярным макрофагам; CDKN1A/p21 — классический ингибитор G1-фазы клеточного цикла индуцируется как ВИЧ, так микобактериями, но одновременно он является стимулятором жизненного цикла и ВИЧ, и микобактерий в макрофагальной клетке; индукция M. avium основного транскрипционного активатора воспалительных цитокинов, NF-кB, ведет к увеличению экспрессии CCR5 и цитокинов, стимулирующих репликацию ВИЧ; экспрессия генов ВИЧ, регулируемая посредством LTR, может быть трансактивирована регуляторными генами многих ДНК-вирусов; они же способны повысить чувствительность к ВИЧ у CD8+ T-клеток и NK-клеток; «переключить» тропность ВИЧ с корецептора CCR5 на корецептор CXCR4. ВИЧ после утраты иммунной системой человека Т- и В-клеточной функции переходит в разряд «равного среди равных» формирующегося паразитоценоза первых многоклеточных организмов. Отдельные нециклические инфекции могут развиваться как комплекс инфекционных болезней и болезней, традиционно не относимых к инфекционным (онкологические, аутоиммунные и др.).

ГЛАВА 4 ЭПИДЕМИЧЕСКИЕ И ПАНДЕМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Микроорганизмы-паразиты, использующие принципиально различные стратегии по отношению к иммунным ответам своих хозяев, должны вызывать у них не только принципиально различные инфекционные процессы (см. гл. 3), но и принципиально различные пандемические и эпидемические (эпизоотические) процессы среди их популяций. Однако если мы попытаемся описать такие процессы в рамках сложившихся в ХХ в. определений, то столкнемся с тем, что имеющиеся определения односторонни. Например, по Б. Л. Черкасскому (2001) «эпидемический процесс — это процесс возникновения и прекращения среди населения специфических инфекционных состояний». Данная формулировка предполагает существование эпидемий одного типа — развивающихся как циклический монопроцесс. К тому же понятия «возникновение», «прекращение» и др. основываются на масштабе времени, воспринимаемом человеком в повседневной жизни.

4.1. Пандемические и эпидемические процессы, вызываемые паразитами, использующими стратегию первого типа

«Цикличность» пандемических (эпидемических) процессов, вызываемых паразитами, использующими стратегию первого типа, предопределяется по меньшей мере цикличностью активизации природных очагов возбудителя инфекционной болезни и цикличностью самого инфекционного процесса.

4.1.1. Терминология

К определению терминов «природный очаг» и «природный резервуар» возбудителей инфекционных болезней. Типы первичных природных резервуаров. Первичный природный очаг возбудителя инфекционной болезни. Вторичный природный очаг возбудителя инфекционной болезни. Общие свойства вторичных природных резервуаров возбудителей опасных инфекционных болезней.


Термины «природный очаг», «природный резервуар», «возбудитель инфекционной болезни» носят искусственный, сугубо антропоцентрический характер, так как рассматривают поддержание в природе тех или иных видов микроорганизмов исключительно с точки зрения причинения ими вреда (т. е. болезни) человеку. Микроорганизмы и экосистемы, в которых они существуют, появились задолго до появления человека, поэтому мы должны понимать естественно-научную ограниченность этих терминов.

К определению терминов «природный очаг» и «природный резервуар» возбудителей инфекционных болезней. Имеются разные определения того, что понимать под природным очагом возбудителя инфекционной болезни. Например, М. Г. Таршис и Б. Л. Черкасский (1997) таким очагом считают наименьшую часть одного или нескольких географических ландшафтов, где циркуляция возбудителя между животными способна осуществляться неопределенно долго без необходимости заноса его извне. Данное определение относится только к зоонозам. Оно не отражает знаний по экологии возбудителей опасных инфекционных болезней людей и животных, накопленных за последние 20 лет (см. разд. 2.1). К тому же оно не подходит для описания механизмов поддержания в человеческом обществе антропонозов и проникновения в него сапронозов. Поэтому в 1998 г. В. Ю. Литвиным с соавт. было предложено другое определение: природный очаг — это естественные экосистемы, включающие популяцию возбудителя инфекционной болезни. На мой взгляд, формулировка неудачна из-за отсутствия в ней привязки экосистемы к какому-то ландшафту или территории, она все-таки ближе к определению природного резервуара.

Термин «природный очаг» отражает частный случай взаимодействия на конкретной территории (ландшафте) определенных животных и их эктопаразитов с природным резервуаром, в результате которого они становятся носителями микроорганизма, поддерживаемого в этом резервуаре. Как же отличить «природный очаг» от «природного резервуара»? Ответ на этот вопрос можно получить, исключая промежуточные резервуары из цепочек распространения возбудителя (трофических, эпидемических, эпизоотических) инфекционной болезни на данной территории, до видов, без которых его существование станет невозможно, т. е. до конкретных видов простейших. Их совокупность, минимально необходимую для поддержания микроорганизма, целесообразно считать «первичным природным резервуаром» (см. разд. 2.1). Для описания эпидемических (эпизоотических) процессов, учитывающих сапронозный механизм поддержания возбудителей опасных инфекционных болезней, необходимо ввести ряд новых взаимосвязанных терминов.

Реликтовый очаг опасной инфекционной болезни — территория, неопределенно долго включающая природный очаг возбудителя опасной инфекционной болезни, о существовании на которой в прошлом вспышек данной болезни среди людей и животных известно из исторических источников. Этот термин — гипотеза. Должен применяться при историческом описании эпидемий и при постановке задачи исследователям на определение методами молекулярной диагностики границ природных очагов возбудителей опасных инфекций, поддерживающихся среди простейших и не проявляющих себя эпизоотиями или вспышками инфекционной болезни среди людей в настоящее время.

Природный резервуар возбудителя опасной инфекционной болезни (первичный) — совокупность одноклеточных организмов — биологических хозяев возбудителя опасной инфекционной болезни человека (животного), без которых его существование в природе как биологического вида невозможно.

Усилители природного резервуара возбудителя опасной инфекционной болезни человека — биотические объекты (растения, животные, их эктопаразиты), не имеющие значения для поддержания в природе возбудителя данной болезни как биологического вида, но способные накапливать, размножать и доставлять его в организм человека.

Природный очаг возбудителя опасной инфекционной болезни (первичный) — географический ландшафт, в почве которого методами молекулярной диагностики доказано присутствие этого возбудителя среди простейших, но не проявляющий себя эпизоотиями или вспышками инфекционной болезни среди людей (животных) в настоящее время (холодный очаг), и/или на его территории фиксируются эпизоотии и эпидемии данной инфекционной болезни (пульсирующий или активизировавшийся очаг).

Активизировавшийся природный очаг возбудителя опасной инфекционной болезни — периодическое появление на территории природного очага возбудителя опасной инфекционной болезни, вызываемых этим возбудителем эпизоотий и эпидемий.

Пульсация природного очага возбудителя опасной инфекционной болезни — процесс кратковременного (до нескольких лет), интенсивного и охватывающего обширные территории разрушения экосистем «простейшие — возбудитель опасной инфекционной болезни», проявившийся проникновением этого микроорганизма в популяции диких и домашних животных и их эктопаразитов.

Типы первичных природных резервуаров. Основываясь на исследованиях О. В. Бухарина и В. Ю. Литвина (1997), в зависимости от комплексных условий среды, в которой будут поддерживаться микроорганизмы, можно выделить четыре типа природных резервуаров возбудителей инфекций.

Почвенный резервуар — возбудитель инфекционной болезни поддерживается в одноклеточных обитателях почв (простейшие), их ассоциациях, а также в свободном состоянии.

Водный резервуар — патогенные микроорганизмы имеют в качестве хозяев различных представителей фито- и зоопланктона (водоросли, простейшие, низшие ракообразные), бентоса (черви, моллюски, членистоногие) и их ассоциации.

Техногенный резервуар — возбудитель существует в простейших организмах, населяющих трансформированные человеком экосистемы.

Наземный резервуар — существование возбудителей инфекций связано с простейшими наземных животных, их макрофагами и эктопаразитами.

Облигатным паразитам простейших, имеющим циркуляцию в наземном резервуаре (как например возбудитель чумы), свойственна передача среди людей и животных посредством переносчиков, т. е. усилителей природного резервуара возбудителя опасной инфекционной болезни. Их распространение среди людей может приобретать эстафетный характер по крайней мере, в двух случаях: 1) если в процесс передачи будут вовлечены эктопаразиты человека; 2) если произойдет «отрыв» возбудителя инфекционной болезни от природного резервуара (см. «Эпидемические монопроцессы циклического типа» в разд. 4.1.2) и они сформируют самостоятельные эпидемические цепочки путем воздушно-капельной передачи (возбудители чумы, натуральной оспы, гриппа, туберкулеза и др.). Многие возбудители инфекционных болезней людей, поддерживающиеся в техногенном, почвенном и водном резервуарах, не имеют возможностей для циркуляции в наземном резервуаре, и они не способны образовывать самостоятельных эпидемических цепочек. Инфицирование людей происходит «веерным путем» из какого-то единого источника (легионеллез — системы кондиционирования воздуха, холера — источники воды, сибирская язва — мясо инфицированных животных и почва; псевдотуберкулез — инфицированные растения и др.).

Первичный природный очаг возбудителя инфекционной болезни. Первичный очаг (пульсирующий или холодный) может изменять свои границы, расширяться или сужаться в результате естественной миграции одноклеточных животных, а также проникая в кишечник позвоночных организмов и распространяясь по территории в составе их фекалий. И. В. Домарадский (1998) считает важным фактором существования сапронозов способность простейших образовывать цисту (капсулу или наружную оболочку которой большинство простейших окружает при временном переходе в особое состояние покоя), устойчивую к высушиванию и температурным колебаниям среды. Цисты переносятся на большие расстояния воздушными и морскими течениями, а также перелетными птицами (посещающими болотные места) и насекомыми. Переселенные таким пассивным путем и попавшие в благоприятные условия существования инцистированные простейшие выходят наружу и быстро начинают размножаться. Вместе с ними новый регион может начать «обживать» и новый сапроноз.

Активизация (пульсация) первичного очага происходит из-за стрессового воздействия на экосистему «простейшие — возбудитель опасной инфекционной болезни», занимающую определенную территорию. Например, в результате длительного изменения микроэлементного, водно-солевого и температурного состава среды, в которой существовала экосистема, она переходит в неустойчивое состояние и периодически разрушается, затем восстанавливается, причем масштабы этих процессов нарастают, так как нарастает и само воздействие. Такое состояние экосистемы проявляется сначала небольшими локальными вспышками инфекционной болезни, но постепенно они становятся все более масштабным.

Пульсацию первичного очага могут вызывать быстро наступающие изменения в экосистеме «простейшие — возбудитель опасной инфекционной болезни», действующие на фоне развивающихся изменений в окружающей среде. Например, увеличение на данной территории численности простейших, в которых микроорганизм будет вести себя как паразит, а не как симбионт. Повышение же вирулентности возбудителя, паразитирующего в фагоцитирующих клетках первичного резервуара аналогично селекции по одному признаку (в данном случае по вирулентности), используемому в животноводстве. Такой прием селекции обычно приводит к утрате многих других свойств, имевшихся у исходной популяции вида. Этот феномен известен генетикам еще с 1930-х гг. и называется «платой за селекцию» (см. у Алтухова Ю. П., 2003). Поскольку «вирулентные» штаммы «отрываются» от первичного резервуара и формируют нестойкий вторичный резервуар, снижение генетического разнообразия «вирулентной» популяции не сказывается на поддержании вида микроорганизма в первичном резервуаре.

Вторичный природный очаг возбудителя инфекционной болезни. Формирование нестойкого вторичного резервуара возбудителя инфекционной болезни среди животных, обитающих на определенной территории, формирует вторичный природный очаг возбудителя инфекционной болезни. Для классификации вторичных природных очагов возбудителей инфекционных болезней можно использовать либо вид животного, наиболее часто вовлекающегося в эпизоотические процессы на исследуемой территории, как это делается в отношении очагов чумы (крысиный, сусликовый, песчаночный и др.; см. в работе Сунцова В. В. и Сунцовой Н. И., 2006), либо классифицировать их по типу географического ландшафта, в пределах которого локализуются основные эпизоотии и эпидемии. Обычно такие ландшафты характеризуются наличием определенных видов животных, вовлекаемых в эпизоотии членистоногими — переносчиками возбудите членистоногих, их суммарной сезонной активностью, а иногда и биологическим подтипом циркулирующего микроорганизма. По этому принципу Б. Л. Черкасский (2001) выделял степные, лесостепные, лугополевые, пойменно-болотные, долин пустынных рек, горно(предгорно) — ручьевые и др. очаги.

Продолжительность существования такого очага может не превышать продолжительности инфекционного процесса у отдельного инфицированного животного. Однако в тех случаях, когда благодаря эктопаразитам позвоночных между ними формируются эпизоотические (эпидемические, когда речь идет о человеке) цепочки, микроорганизм — облигатный паразит простейших получает возможность длительно поддерживаться среди позвоночных, обитающих на данной территории. Основную роль в его поддержании играют макрофаги/моноциты позвоночных организмов, эволюционные потомки простейших. Попав в организм человека или грызуна, микроорганизм использует те же механизмы специализации, которые позволяют ему поддерживаться среди почвенных одноклеточных организмов (см. разд. 2.1 и 2.2). В результате среди животных, обитающих на определенной территории, вспыхивают эпизоотии, сами они и их эктопаразиты становятся источником возбудителя инфекционной болезни для людей, т. е. усилителями первичного природного резервуара возбудителя опасной инфекционной болезни.

Вследствие меньшей устойчивости вторичные природные очаги не могут существовать дольше, чем первичные. После «угасания» таких очагов остается территория — первичный очаг, в котором микроорганизм продолжает поддерживаться среди одноклеточных организмов. Если мы обратимся к примерам из истории эпидемий чумы, то важным для понимания географической локализации таких очагов может быть сопоставление наблюдений авторов, описавших ее первую и вторую пандемии. В описаниях, разделенных почти восьмью веками, встречаются не только одни и те же города и местности, «пораженные» чумой. Совпадают сроки ее максимального территориального распространения по Европе, «направление движения» и еще ряд других, редко встречающихся обстоятельств, как, например, предшествующее появлению чумы распространение проказы, а затем и натуральной оспы (более подробно см. в книге: Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006).

Общие свойства вторичных природных резервуаров возбудителей опасных инфекционных болезней. Рассмотрим некоторые общие свойства этих резервуаров, определяющие их роль в поддержании эпидемически значимых микроорганизмов среди позвоночных на определенных территориях.

Вторичные природные резервуары всегда эшелонированы. Для наземных резервуаров — это множество популяций и видов хозяев возбудителя инфекции, живущих при относительно высокой плотности в различных и неоднородных местах обитания (Gage К., Ostfield В., Olson J., 1995).

Для патогенных бактерий из водных и почвенных резервуаров — это обширные связи с различными обитателями воды, почвы и наземного резервуара. Например, холерные вибрионы обнаруживаются у вислоногих ракообразных, устриц, инфузорий, рыб. Легионеллы — у дождевых червей, личинок насекомых, кузнечиков и др. Возбудитель псевдотуберкулеза у моллюсков, плоских и кольчатых червей, водных растений, а также у более чем 300 видов питающихся ими рыб, млекопитающих, птиц, рептилий (Бухарин О. В., Литвин В. Ю., 1997).

Первичным резервуаром возбудителя туляремии, F. tularensis, скорее всего, являются простейшие A. castellanii (см. разд. 2.1 и рис. 25). Во вторичных резервуарах на территориях природных очагов он может поддерживаться не менее чем 125 видами диких позвоночных животных. Находят инфицированных возбудителем туляремии грызунов, насекомоядных, хищных, птиц, земноводных и даже рыб. В распространении туляремии среди грызунов основная роль принадлежит кровососущим эктопаразитам. Всего на территории бывшего СССР естественная инфицированностьвозбудителем туляремии была обнаружена у 74 видов паразитических клещей и насекомых. Эпизоотии туляремии наблюдаются в год высокой численности грызунов (рис. 61).

Рис. 61. Упрощенная схема поддержания возбудителя туляремии во вторичном природном резервуаре.

Разнообразие животных, формирующих вторичные резервуары F. tularensis, способствует многообразию природных очагов туляремии. Они встречаются во всех равнинных ландшафтных зонах, местами проникают в горы. На территории бывшего СССР выделены следующие типы природных очагов туляремии: поймено-болотный, лугополевой, лесной, степной, предгорно-ручьевой, тугайный, тундровый. Каждый тип очага имеет собственные эпизоотологоэпидемиологические особенности (рисунок из книги Шуваловой Е. П., 1976)


Эшелонированность резервуара может проявляться наличием в нем имеющих сходные экологические потребности близкородственных видов микроорганизов (например, возбудители коклюша и паракоклюша; бешенства и сходных с ним вирусов — Lagosbat, Mokola, Duvenhage, EBLV1 и EBLV2), видов-аналогов эпидемически значимого возбудителя инфекции (малярийные паразиты) или вообще неродственных видов (возбудители гепатитов В и С), использующих одинаковый механизм трансмиссии.

Патогенные для человека виды «второго эшелона» не фиксируются в эпидемических вспышках из-за относительно небольшого количества вызываемых ими случаев инфекции и сходности ее клинических проявлений с вызываемой доминирующим возбудителем. Однако после «победы» над доминирующим возбудителем они постепенно занимают его место в этой же экологической нише.

Кумуляция резервуаров. Происходит тогда, когда небольшие по численности резервуары перекрывают друг друга и в совокупности ими достигается критический для развития эпидемического (эпизоотического) процесса размер популяции хозяев и переносчиков паразитических видов. Напри мер, орангутаны (Pongo pygmaeus), даже когда плотность их популяций составляет две особи на км2, являются хозяевами двух различных видов малярийных плазмодий. Эти же плазмодии находят в небольших популяциях людей, проживающих «по соседству», которых также недостаточно для поддержания существования этих патогенов (Wolfe N. D. et al., 1998).

Наличие хозяев, функционирующих как усилители природного резервуара. Как правило, это промежуточные хозяева, способствующие максимальному распространению возбудителя в среде, в которой возрастает его эпидемическая значимость, или способствующие инфицированию переносчиков. Например, для возбудителя псевдотуберкулеза такими хозяевами будут домашние грызуны, которые вводят его в непосредственное окружение человека, но при этом сами инфицируются, поедая в хранилищах овощи, обсемененные иерсиниями. Другой, более сложный, пример — поддержание эпидемического потенциала R. rickettsii — риккетсии, вызывающей в США пятнистую лихорадку Скалистых гор. По данным K. Gage et al. (1995), для этой риккетсии весьма эффективны трансовариальный и трансстадийный пути передачи между клещами-переносчиками; по-видимому, она не может поддерживаться во вторичном резервуаре без хозяевмлекопитающих. Экспериментальные исследования показали, что инфицирование R. rickettsii самок клещей оказывает вредное воздействие на их жизнеспособность и плодовитость. Существенные потери в инфицированных линиях клещей компенсируются паразитированием самок на риккетсиемичных млекопитающих-хозяевах с передачей вновь приобретенной инфекции своему потомству путем трансовариальной трансмиссии.

Смещение резервуара. Примером такого явления может быть смещение в США природного резервуара вируса бешенства. Если в 1930-х гг. его находили среди домашних собак, то с 1980-х гг. по ряду причин (вакцинация домашних собак, размножение койотов и др.) он переместился в популяции контактировавших с собаками койотов. А затем распространился на популяции скунсов, енотов и летучих мышей (Rupprecht С. et al., 1995).

«Вакуум вирулентности» в резервуаре. Понятие «вакуум вирулентности» предложено В. А. Лашкевичем и соавт. (1996) в отношении ситуации, сложившейся в человеческих популяциях в результате вытеснения из них вирулентного полиовируса невирулентными вакцинными штаммами. По их мнению, изменение существовавшего веками экологического баланса между людьми и вирулентными энтеровирусами породило ситуацию, при которой этот баланс восстанавливается за счет проникновения в чувствительную популяцию другого патогена, способного использовать ее как территорию для своего обитания и размножения. Этими вирусами стали вновь возникшие особо вирулентные варианты вирусов из других неполиомиелитных групп энтеровирусов, в частности ЕСН011 и ЕСН193, ранее считавшихся малозначимыми патогенами, т. е. «вакуум вирулентности» во вторичном природном резервуаре образуется в случае вытеснения из него вирулентного возбудителя. Однако будет неправильным ожидать появления во всех случаях вместо вытесненного возбудителя другого, но использующего ту же стратегию паразитизма. Например, если возбудитель использует первую стратегию (вирус натуральной оспы), то совсем необязательно, что его место займет возбудитель с этой же стратегией паразитизма (вирус оспы обезьян), если продолжают действовать те же факторы, которые привели к элиминации из природного резервуара паразита «первого эшелона».

4.1.2. Циклические пандемические и эпидемические монопроцессы

Пандемии чумы. Пандемии холеры. Пандемии гриппа. Стадии эпидемических монопроцессов циклического типа. Незавершающиеся циклические эпидемические монопроцессы.


Пандемия данного типа — это процесс появления, распространения и прекращения эпидемий (вспышек) одной и той же инфекционной болезни на нескольких континентах одновременно. Раньше им вели счет и каждой присваивали свое название или порядковый номер, в зависимости от сложившейся традиции (первая и вторая пандемии чумы, семь пандемий холеры, пандемия гриппа «испанки» и т. п.). Сегодня, благодаря прекращению масштабных эпидемий данного типа, у нас даже сформировалось представление о собственном могуществе в борьбе с эпидемиями вообще.

Пандемии чумы. Возбудитель чумы, Y. pestis, способен формировать вторичные, хорошо эшелонированные (полигостальные) резервуары среди грызунов. В человеческие популяции он проникает посредством блох, инфицировавшихся от грызунов. При переходе бубонных форм болезни во вторично-легочную Y. pestis может формировать цепочки из случаев первично-легочной чумы и вызывать масштабные вспышки легочной чумы (до 100 тыс. человек, погибших во время легочной чумы в Маньчжурии 1910–1911 гг.), но для ее поддержания в природе жертвы среди вида Homo sapiens не имеют значения.

Пандемии чумы начинаются за несколько десятилетий, а возможно, и веков до своего «официального признания» в качестве эпидемической катастрофы — реликтовые очаги чумы разогреваются десятилетиями. Так, первая исторически зафиксированная пандемия чума (чума Юстиниана, 531–589 гг.) в восприятии современников проявилась разрозненными случаями в Константинополе в 531 г. Однако историк церкви Евсевий Памфил (Eusebius, ок. 260–340) в своем труде «Церковная история» упоминает о чуме, как об известной в Европе (в отличие от оспы) на его время болезни.

Второй пандемии также предшествовали какие-то эпидемии, сопровождавшиеся повальной смертностью и оставившие свидетельства в легендах и летописях именно как «чума» или «мор». Культ Святого Рока как защитника от чумы, появился в Европе перед «черной смертью», сам святой умер в тюрьме в 1327 г. Традиция изображать «Гнев Господень» в виде стрел чумы, ниспосланных сверху, начинается еще раньше, как минимум в XIII в. (Делюмо Ж., 1994). На территории России летописцы в течение двух веков, предшествовавших «черной смерти», фиксировали «бысть мор» в городах, ставших потом ее основной жертвой (Смоленск, Псков, Новгород, Изборск и др.). «Мор» с завидной регулярностью начинался в конце лета (Рихтер В. М., 1815). С XIII в. затлели очаги чумы на Балканах, в Курдистане и Месопотамии. В 1346 г. начался глобальный «пожар» чумы.

Пандемиям чумы предшествуют пандемии проказы и натуральной оспы (более подробно об этом феномене см. в разд. 4.2.3 и в книге Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006).

Первая пандемия чумы (чума Юстиниана, 531–589 гг.). Сведения по ней разрозненные. Началом пандемии принято считать 542 г., когда бубонная чума вспыхнула в Константинополе. Исходным пунктом ее развития византийский историк Прокопий (VI век) считал земли, расположенные в дельте Нила. По его восприятию, чума распространилась в двух направлениях — по африканскому побережью, после чего она вспыхнула на европейском континенте; и к востоку — по Сирии, Персии и Индии. Пандемия развилась за 4–5 лет. В 542 г. чума охватила Грецию, в 543 г. она появилась на Апеннинском полуострове. В 545-м и 546 гг. чума опустошила различные области Галлии, особенно ту ее часть, которая расположена в устье Роны, и Клермонтскую область. В 546 г. она появилась в провинции Germania prima, которая включала в себя земли по левому берегу Рейна, от Бингена до Шлетштадта, с городами Майнц и Реймс. Чума не прекращалась в этих местностях до 556 г. — этот ее период называют первым циклом (Гезер Г., 1866).

Второй цикл чумы в Константинополе начался зимой 558 г. и был более жестоким, чем предыдущий. В Константинополе чума «держалась» полгода. Но дальше ее «ход» повторился. Под 565 г. датируется катастрофическая чума на Апеннинском полуострове, особенно в провинции Лигурия и в Венеции. Опустошения в Западной Римской империи были так велики, что римляне оказались не в состоянии дать отпор подступившим лангобардам. Но с этого года современниками было замечено снижение смертности среди заболевших чумой людей.

Третий цикл чумы в Константинополе начался в 570 г., в 584 г. она поразила отдельные местности Пиренейского полуострова, особенно смертельной чума оказалась в Толедо, в 589 г. ее «завезли кораблем из Испании» в Марсель, т. е. в Испании чума в это время продолжалась. Четыре вспышки чумы зафиксированы в Антиохии (Сирия). Но к концу века чума перестала упоминаться в исторических источниках, видимо, она повсеместно прекратилась. Всего же, по описаниям современников, эпидемии чумы в Европе продолжались не менее 50 лет (Гезер Г., 1866).

Вторая пандемия чумы («черная смерть», 1346–1351 гг.). Также как и во время первой, чума охватила Европу за 5 лет «двигаясь» с юга на северо-запад, но продолжалась значительно дольше, что я поясню ниже.

По собранным нами данным (Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006) 1346–1347 гг. чумой были охвачены территории, включающие низовья Волги, Северный Прикаспий, Северный Кавказ, Закавказье, Крым, Восточные отроги Карпат, Причерноморье, Ближний и Средний Восток, Малую Азию, Балканы, Сицилию, Родос, Кипр, Мальту, Сардинию, Корсику, Северную Африку, юг Пиренейского полуострова, устье Роны. В ноябре 1347 г. «черная смерть» появилась в Марселе, к январю 1348 г. волна эпидемии докатилась до Авиньона. К началу 1348 г. «черная смерть» распространилась по Испании. К концу января чума свирепствовала во всех крупных портах южной Европы, включая Венецию, Геную, Марсель и Барселону. Весной, превратив Венецию и Геную в мертвые города, чума достигла Флоренции. Затем чума «перешагнула» через Альпы, в Баварию. Также весной 1348 г. она объявилась в Гасконии. Вскоре после этого чума вспыхнула в Париже. В июле эпидемия охватила северное побережье Франции. В начале августа «черная смерть» пришла в Англию в «обход портов», разразившись в маленьком прибрежном дорсетширском городке Мельком Регис (Уэймут), «почти полностью лишив его жителей». Только через несколько недель чума появилась в Бристоле. В течение той осени чума поражала одно южное графство за другим. Дорсет и прилегающие графства почти вымерли. В Лондоне эпидемия вспыхнула в ноябре, в Шотландии в конце года. В следующем году наступила очередь Уэльских гор и долин, и «наконец, как будто плывя дальше, чума достигла Ирландии, поразив огромное количество англичан, проживавших там». Она едва затронула самих ирландцев, которые проживали в горах и горных территориях, но и их она безжалостно и неожиданно «уничтожила повсюду самым жестоким образом» в 1357 г. Осенью 1348 г. чума появилась в Норвегии, Шлезвиг-Голштейне, Ютландии и Далмации. В 1349 г. чума захватила Бельгию, Германию, а в следующем году — Польшу (рис. 62).

Рис. 62. «Похороны жертв чумы в Турне» («Burying Plague Victims of Tournai»).

Фрагмент иллюстрации из рукописи, называемой «Хроники Гилля Майзета» («Annals Gilles de Muisit», 1272–1352 гг.), настоятеля монастыря святого праведника Мартина. Рукопись хранится в Библиотеке короля Альберта I, Брюссель. Показанные художником события относятся к чуме «черной смерти» в бельгийском городе Турне в 1349 г. Изображенная на рисунке ситуация отражает типовое восприятие людьми эпидемий циклического типа. Болезнь вспыхивает неожиданно и в течение воспринимаемого в быту периода времени (месяц, сезон и т. п.) заканчивается. Например, в русских летописях можно прочитать следующее: «В то же лето бысть болесть сильна в людех»; или «за пять дней, да после Покрова дней с десять» — т. е. в конце сентября и в начале октября


На территории средневековой Руси чума появилась в 1352 г. на следующий год после того, как ее эпидемии закончились в Германии и Польше. Летом 1352 г. «черная смерть» охватила Псков, затем Новгород. В течение 15 лет чума распространилась на Ладогу, Суздаль, Смоленск, Чернигов, Киев и по всей Центральной Руси (1363–1365 гг.).

Распространение «черной смерти» шло «скачками». Ряд городов Месопотамии был охвачен этой болезнью, дававшей, как правило, до 100 % смертности заболевших. Но на том же пути многие города, находившиеся в сообщении с зачумленными, остались нетронутыми «черной смертью». Русские летописи оставили нам любопытную подробность «движения» чумы по территории древней Руси. В низовьях Волги она появилась в 1346 г., но, опустошая Орду, чума упорно не «заносилась» на территории русских княжеств еще почти 5 лет, хотя никаких ограничений на сообщения между «субъектами федерации» тогда не было.

Развитие второй пандемии больше напоминает сложнопериодические колебания в еще неизвестных экосистемах, вмещающих чумной микроб, чем передачу возбудителя болезни по цепочке от человека к человеку или из крысиных очагов чумы посредством инфицированных эктопаразитов. На огромных территориях вспыхивают несвязанные друг с другом, но синхронизированные по времени и разные по интенсивности эпидемии чумы. Между ними остаются временные промежутки, которые достаточны для того, чтобы сменилось несколько поколений людей, живших в мире без чумы. Например, относительно благополучными по чуме для Европы были промежутки между 80-ми гг. XIV в. и 40-ми гг. XV в.; между 1527-м и 1545 гг. На территории отдельных реликтовых очагов чумы можно отметить и более продолжительные периоды эпидемического благополучия. До чудовищной чумы 1773 г. в Багдаде и Басре жители Месопотамии не встречались с ней почти 90 лет. Между последними чумными эпидемиями в Москве (1654-й и 1771 гг.) прошло 117 лет, за это время сменилось четыре поколения москвичей, незнавших этой болезни. Пульсация реликтовых очагов чумы возобновляется на огромных территориях. Например, в середине XVII в. процесс осуществился на пространстве от Вятки до Лондона в течение 10 лет, погубив, по приблизительным оценкам, от 0,5 до 1 млн человек. Всего же таких периодов (пиков активности чумы) после окончания «черной смерти» 1346–1351 гг. и последовавших за ней пульсаций очагов чумы в более северных широтах (первый пик — 1346–1382 гг.) мы насчитали еще не менее трех: 1440–1530 гг. (второй); 1545–1683 гг. (третий; по площади охваченных чумой территорий его можно прировнять к «черной смерти»); 1710–1830 гг. (четвертый). Внутрь этих пиков всеевропейских пульсаций вложены пики пульсаций отдельных релитиктовых очагов. Однако с середины XVII в., по мере потепления климата, постепенно происходит отступление чумы в направлении с севера и запада на юго-восток. Все больше западных и северо-западных территорий Европы становятся свободными от чумы, если, конечно, под чумой понимать только ее вспышки среди людей.

В XIX в., угасая на Европейском континенте, очаги чумы разгораются южнее, в глубине территорий, занимаемых сегодня Индией и Китаем. Эти территории были интенсивно поражены чумой во время «черной смерти», но в XVII в. Индостан и Китай оставались относительно благополучными по чуме. В начале XIX в. чума в Индии вновь резко активизировалась. Бубонная и легочная чума появились в 1815 г. в горной провинции Куче и на юго-востоке провинции Гузерат (штат Гуджарат — там же она появилась в 1994 г., и, разумеется, оказалась нераспознанной более месяца, так как о чуме в этих местах уже никто не помнил). В 1819 г. чума в Индии получила еще большее распространение. В 1836 г. она появилась в местности, отстоящей далеко от пораженных прежде, в Пали. В эти же годы началась активизация природных очагов чумы на юге Китая и в Индокитае. К 1834–1835 гг. относятся сведения о появившейся в китайском городе Нинпо (Нинбо — город на берегу Восточно-Китайского моря) эпидемии чумоподобного характера. В 1850 г., когда бубонная чума выпала из поля зрения европейских ученых, и даже считалась ими «вымершей болезнью», легочная чума вновь вспыхнула на южных склонах Гималаев (в Гурвале и Камауне). В этот же год бубонная чума напомнила о себе в Кантоне (Китай). В 1858 г. обнаружилось «движение» чумы на север и запад. Она появилась в бубонной форме среди бедуинов на побережье Средиземного моря в близи Триполи, где чума была известна еще во времена карфагенского владычества. Через 5 лет активизировались очаги Великого Евразийского чумного излома (1863–1879 гг.), с начала 1880-х гг. чума все чаще регистрируется в Северном Прикаспии, Поволжье, Монголии, Северном Китае и Забайкалье. С середины XIX в. чума становится эндемичной на юге Китая. В 1864 г. вновь «чумоподобная эпидемия» в Нинпо. В 1866 г. чума обнаружена в столице китайской провинции Юнъ-нань (граничит с Вьетнамом и Бирмой, от самого южного ее участка до побережья моря не менее 400 км) в городе Юнъ-нань-фу (до побережья не менее 1000 км). Во время гражданских войн в 1860–1870 гг. чума свирепствовала на юге Китая эндемически (!). В 1867 г. чума вспыхивает в Пакхое (город в провинции Гуанъ-дунъ на берегу Тонкинского залива), но никуда не «разносится кораблями и крысами». В 1871 г. чума «возвращается» в провинцию Юнъ-нань, продолжаются значительные вспышки чумы в Пакхое. С конца 70-х гг. XIX в. обнаружилась сезонность в появлении чумы в южном Китае. Она стала появляться в январе каждого года в провинции Квангси (Гуанъ-си) и в округах Лиенчоу и Лейчоу. Болезнь наблюдалась ежегодно с 1881-го по 1884 г. в Пакхое, но кораблями она почему-то не распространяется. В 1889 г. была эпидемия в Люнгчоу (Лунчжоу), а в 1890 г. чума вспыхнула в Ву-чу (Бучу), на берегу между Пакхоем и Кантоном. В 1891 г. появилась чума в Као-чау, области смежной с Лиенчоу, где находится Пакхой. В 1892 г. вспыхнула эпидемия чумы в Ан-пу, городе, находящемся в 180 км к востоку от Пакхоя. В 1893 г. вновь появилась чума в Пакхое. Она также была в Юнъ-нане, преимущественно в городе Мингз (в южной части провинции). Тогда же чума свирепствовала в Люнгчоу и во многих глубинных городах провинции Квангси. В 1894 г. чума устраивает побоище в китайских портовых городах Кантоне, Гонконге и Амое, и только тогда (!) она попадает в поле зрения европейских ученых, и понимается ими как начавшаяся третья пандемия. С этим событием по времени совпало бактериологическое обнаружение Y. pestis у крыс в городах и у их блох. Теперь с эпидемиологией чумы все стало ясно, и даже более чем (рис. 63).

Рис. 63. Схема глобального распространения очагов чумы больными чумой крысами и кораблями. По В. Н. Федорову, В. П. Козакевичу (1959).

А. До начала третьей пандемии чумы с 1846-го по 1894 гг. Б. В начале третьей пандемии с 1894-го по 1903 гг. Данная иллюстрации — любопытный образчик конъюнктурного искажения научной информации в угоду господствующей в эпидемиологии чумы концепции. Проигнорированы предшествовавшие «третьей пандемии» вспышки чумы в горных долинах китайской провинции Юнънань (о них было известно уже не менее 50 лет!), в Индии, Курдистане, Афганистане, Северной Персии, Астраханском крае, Месопотамии, в центральной Танзании и Уганде, в Маньчжурии, Забайкалье и в других местностях. И куда только они делись с карты с началом «третьей пандемии»? Схема взята из монографии, изданной в 2006 г., где она приводится как «образец научности»


За первые 10 лет пандемии (1894–1903 гг.) чума отметилась в 87 (из нескольких тысяч!) портовых городов. Хотя в те же годы фиксировали эпидемии, которые не были связанны с морскими портами, все равно действовал следующий стереотип мышления: пандемия чумы началась в 1894 г. и была «портовой» (Ахшарумов Д. Д., 1900; Диаптроптов П. И., 1901; Wu Lien-Ten et al., 1936; Николаев Н. И., 1949). Факты, свидетельствовавшие о том, что чума в XIX в. не прекращалась, не принимались во внимание, так как они противоречили ставшей очень прогрессивной теории разноса чумы кораблями, кстати, известной еще со времен чумы в Марселе 589 г. (см. у Гезера Г., 1866). Следовательно, началом так называемой «третьей пандемии чумы» сегодня считается случайно взятая дата одной из эпидемий чумы в Кантоне, периодически вспыхивающих там с 1850-х гг., а схема «грызун — блоха — грызун», ставшая основой для объяснения распространения портовой чумы, существует еще и для того, чтобы бесконечно вылавливать грызунов и вычесывать у них блох.

Сопоставление же территориальных масштабов так называемой «третьей пандемии» с предыдущими пиками активности чумы второй пандемии показывает, что она значительно уступает по этому показателю последнему, четвертому ее пику (1710–1830 гг.). Учитывая также и искусственность даты начала третьей пандемии, правильнее будет считать ее не самостоятельным явлением, а пятым, самым низким пиком второй пандемии чумы.

Реликтовые очаги чумы. Для приблизительного определения их границ мы воспользовались работами В. М. Рихтера (1815), Г. Ф. Архангельского (1879), Г. Гезера (1866), Н. К. Щепотьева (1897), Д. Д. Ахшарумова (1900), Ф. И. Дербека (1905), К. Г. Васильева и А. Е. Сегала (1960), М. П. Козлова и Г. В. Султанова (1993). Для систематизации реликтовых очагов мы использовали синхронистический принцип. Точные же границы таких очагов можно определить с помощью методов молекулярной диагностики (Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006).

Реликтовый Северо-западный природный очаг чумы — представляет собой восточную оконечность цепочки очагов чумы, тянущихся от побережья северной Франции (пролив Ла-Манш) через территории Голландии, Дании, германских государств, балтийское побережье Швеции и Польши, Прибалтику и по Карелии до южного побережья Белого моря. Активизация очага зафиксирована в русских летописях XIII в. и приходится на начало малого ледникового периода. В 1424 г., судя по территории, охваченной чумой, пульсация очага достигла максимума — бубонная и легочная чума в Новгороде, Пскове, Карелии, а также в «Литве и Немцах». Последняя эпидемия чумы в Пскове пришлась на 1711 г., в Новгородской области на 1606 г.

Реликтовый природный очаг чумы Русской равнины. Включает территорию, по форме приближающуюся к четырехугольнику с углами Великие Луки — Вологда — Кострома — Смоленск. Вместе с похолоданием климата разогревался очаг чумы. В 1229–1230 гг. чума дала о себе знать мором в Смоленске, где погибло до 32 тыс. человек. «Черная смерть» 1346–1351 гг. «обошла» Москву. В 1363 г. чума поразила Переславль, Коломну, Владимир, Суздаль, Дмитров, Можайск, Вологду. Только в 1364 г. чума появилась в Москве. В этом же году чума свирепствовала в Переславле, Рязани, Коломне, Суздале, Дмитрове, Можайске, на Волоке. В 1654–1656 гг. пульсация очага возобновилась и достигла максимума. В Москве эпидемия началась в августе 1654 г. и продолжалась до января 1655 г., погубив до 300 тыс. человек. С августа по сентябрь 1654 г. чумой были охвачены Кострома, Тверь, Коломна, Торжок, Звенигород, Кашин, Переславль-Рязанский, Переславль-Залесский, Суздаль, Тула, Калуга, Углич, многие их слободы и уезды. Осенью 1771 г. в Москве и в ближайших к ней городах вновь разгорается эпидемия чумы, сопровождающаяся бунтом населения. Однако по охвату территории ее масштабы были значительно меньшими, чем в 1654 г. В 1773 г. пульсация очага прекратилась.

Реликтовые природные очаги чумы Северного Причерноморья и Малороссии. Это восточная оконечность последовательности реликтовых очагов чумы, тянущихся от Балкан на восток вдоль всего северного побережья Черного и Азовского морей до очагов чумы Великого Евразийского чумного «излома» (см. ниже). На севере границы очага можно расположить на равнинном пространстве между Волыно-Подольской и Среднерусской возвышенностями до границ Курской области. Пульсации очагов происходят в направлении с запада на восток. Начало активизации очагов чумы Северного Причерноморья и Малороссии приходится на период свирепствования «черной смерти». В 1738 г. их активность достигла максимума. Во второй половине XVIII в. чума постепенно отступает в направлении с севера на юг и дробится на мелкие очажки. В первой половине XIX в. активными остаются очаги чумы Северного Причерноморья, расположенные на пространстве между Крымским полуостровом и Тирасполем, причем их границы постепенно сужаются. Небольшую активность эти очаги проявили в начале ХХ в. (чума в Одессе в 1902-м и 1910 гг.)

Великий Евразийский чумной «излом». Под ним мы понимаем гигантскую последовательность как реликтовых, так и пульсирующих сегодня природных очагов чумы, расположенную «изломанной» дугой — от пустынь Йемена до возвышенностей, называемых Северными увалами (север Кировской области, Россия). Эта последовательность включает Саудовско-Йеменский очаг с центром в Эль-Асире и Хавлане, Сирийско-Месопотамский пустынный очаг, Курдо-Иранский природный очаг чумы, очаги чумы Центрально-Иранского плоскогорья, Северо-Иранских краевых гор, а также смежных с ними плоскогорий и впадин Афганистана, Приараксинский участок очаговости чумы, Закавказский равнинно-предгорный очаг чумы, Закавказский высокогорный природный очаг чумы, Центрально-Кавказский природный очаг чумы, Восточно-Кавказский природный очаг чумы, Прикаспийский северо-западный очаг чумы, Зауральский природный очаг чумы, Волго-Уральский природный очаг чумы и реликтовые очаги чумы долин рек Ветлуга, Вятка и Кама до Северных Увалов. Объединение в «излом» не носит произвольный характер. В пульсациях этих очагов в максимумы их активности (XVII–XIX вв.) отчетливо прослеживается пространственная и временная последовательность.

Активизация очагов «излома» начинается с горного Курдистана. Затем, в промежуток времени в 2–4 года, в этот процесс вовлекаются Сирийско-Месопотамские очаги чумы, поэтому в восприятии современников чума «идет» с верховьев Тигра и Евфрата по их долинам и опустошает Месопотамию, юго-западную Персию и Малоазиатскую часть Турции. В промежуток времени 10–15 лет от начала активизации очагов горного Курдистана чума «поднимается» на север, вспыхивая сначала на Карском плато; затем на территориях, которые сегодня называют Приараксинскимучастком очаговости чумы; затем, в течение еще двух-трех десятилетий, она «скачками» продвигается далее на север; и, описав дугу вокруг Каспия со стороны Кавказского хребта, «ударяет» по Астрахани (1662, 1693, 1727, 1806, 1877 гг.), после чего «поднимается» по Волге, иногда до Саратова (1808 г.), реже, в максимум активности «излома», еще дальше (Нижний Новгород, 1363 г.; Казань, 1665 г.; Вятка, 1667 г.).

Современники «черной смерти» зафиксировали активизацию, по крайней мере, части очагов чумы Великого Евразийского чумного «излома» — от Курдо-Иранского до Прикаспийского Северо-западного. В их восприятии это была «другая волна чумной эпидемии», прокатившаяся через Сирию, Армению, Малую Азию и прикаспийские земли.

На территории России наиболее северным участком «излома», на котором в 1346 г. наблюдалась пульсация реликтовых очагов чумы, была местность в районе Енотаевки (Астраханская область), где, по указанию летописца, произошла «казнь от Бога» на жителей города Бездеж (Воскр. лет.). Самой южной территорией «излома» с пульсирующими очагами времен «черной смерти» можно считать местность между реками Тигр и Евфрат в районе Багдада (1347 г.), охваченную бубонной и бубонно-септической чумой с ужаснувшей современников повальной смертностью населения.

В годы последующих пульсаций «излома» территории пульсирующих очагов расширялись и смещались на север и на юг. В 1363 г. границы таких очагов «поднялись» до Нижнего Новгорода, «…а пришел (мор) от низу, от Бездежа, …и опусте земля вся и порасте лесом, и бысть пустыни всюду непроходимы (Никон. лет.)». До середины XVII в. о чуме на российской территории «излома» в исторических источниках не упоминается, возможно, это не от невнимательности летописцев. Например, Петр Петерей (1620 г.); писал: «Московиты, находящиеся за Рязанью и в Татарии, вовсе не знают моровой язвы, страдают же от нее лишь близкие к западной границе, а именно: Новгород, Псков, Смоленск и др.», т. е. в этот исторический период активными оставались очаги чумы, расположенные в северной части Европейского континента.

Пульсации очагов «излома» возобновились в середине XVI в. Их максимум на территории России совпал с наибольшей активностью реликтового природного очага чумы Русской равнины и большинства других европейских реликтовых очагов. Летом 1655 г. моровое поветрие появилось в низовьях Волги и в Астрахани. Затем эпидемия вспыхнула в Казани, где в тот год от чумы погибло 48 тыс. человек. В 1657 г. чума свирепствовала и в соседней с Казанской — Вятской области (северная граница «излома»), и в самом городе Вятке. Летом 1657 г. чума снова возобновилась в низовьях Волги, в 1692 г. чума повторилась в Астрахани.

Южная граница реликтовых очагов «излома» проходит по побережьям Персидского залива (на восточном побережье, по крайней мере, она достигает Бушира). Максимум в их активности достигнут через век после максимума активности северных очагов «излома». Он проявился чудовищными эпидемиями чумы в Багдаде и Басре в 70-х гг. XVIII в. (до 2 млн погибших). В последующие годы «северные территории» пульсирующих очагов «излома» (Россия) сужались и «смещались» к югу (сегодня это Прикаспийские, Волго-Уральские и Кавказские очаги чумы). «Южные» (Месопотамия), наоборот, «подтягивались» на север (Закавказские и Иранские очаги чумы). Количеств жертв чумы в одних и тех же природных очагах снижалось от вспышки к вспышке, как и их территориальные масштабы.

Балкано-Придунайские реликтовые очаги чумы. Синхронно активизировались как в первую, так и во вторую пандемии чумы, приводя к массовой гибели людей. Среди них можно выделить три группы реликтовых очагов: 1) цепочка очагов на равнинной местности между реками Прутом и Серетом, расположенных от Хотина до Измаила (включая Яссы, Браилов, Галац и др.), своей восточной частью вплотную прилегающих к реликтовым очагам Северного Причерноморья и Малороссии; 2) цепочка очагов на равнинной местности между Дунаем и Черноморским побережьем от Бабадага до Варны (включая Черноводы, Каварну, Кюстенджи); 3) отдельные очаги на равнинной местности между Константинополем, Андрианополем и побережьем Мраморного моря. Максимум активности достигнут в конце XVIII в. Очаги третьей группы проявляли небольшую активность даже в начале ХХ в.

Реликтовые очаги чумы долины реки По. Исторически они наиболее смертоносные в Европе и самые активные на Апеннинском полуострове; многократно разгорались в первую и вторую пандемии. Их пульсациями объясняются масштабные эпидемии Средневековья и эпохи Возрождения в городах Венеция, Милан, Падуя, Болонья, Пьяченца, Палермо, Верона и др., иногда воспринимаемых современниками как «конец света». Максимум активности достигнут в середине XVII в.

Реликтовые очаги чумы долины реки Арио. Катастрофические эпидемии чумы в Пизе и Флоренции во времена первой и второй пандемий. Пик активности приходится на времена «черной смерти» (художественное описание см. у Боккаччо в «Декамероне»).

Реликтовые очаги чумы долины реки Рона. По многочисленным историческим источникам очень активны. Пульсации проявлялись сокрушительными эпидемиями чумы во времена первой и второй пандемий. Границы очагов можно заключить в треугольник «Авиньон (вершина) — Тулон и Монпелье (основание)». Максимум активности пришелся на 1720–1722 гг.

Реликтовые очаги чумы долины реки Вольтурно. Их пульсации проявлялись тяжелыми эпидемиями в Неаполе в период второй пандемии чумы. Самая смертоносная эпидемия чумы вспыхнула в 1656 г. Она унесла жизни 200 тыс. человек из 400 тыс. населения города. Последний раз очаги пульсировали в 1900 г.

Сицилийские реликтовые очаги чумы. Располагаются вдоль северного побережья острова между городами Трапани и Сиракузы. Наиболее активно пульсация очагов происходила в период второй пандемии на местности, прилегающей к городу Мессина.

Реликтовые очаги чумы долины реки Гаронна. Пульсации проявлялись сокрушительными эпидемиями чумы в городах Бордо и Тулуза во времена второй пандемии. Пик активности приходится на конец XVII в.

Реликтовые очаги чумы северо-восточной Франции. Это обширное равнинное пространство между городами Руан, Амьен, Реймс и Париж, включающее долины рек Сена, Марна, Сомма. Мощные пульсации во времена первой и второй пандемий чумы (пик активности приходится на середину XVII в.). В начале 1930-х гг. отдельные случаи бубонной чумы в предместье Парижа Сент Уэн, оставшиеся тогда без объяснения.

Реликтовые очаги чумы Пиринейского полуострова. Долина реки Дуэро (местность в районе города Порто) — в последний раз очаги пульсировали в начале ХХ в.; долина реки Гвадалквивир (Севилья); местность южнее и восточнее Андалузских гор, включающая Гибралтар, Малагу, Альмерию; низовья реки Турия (Валенсия); долина реки Эбро (Сарагоса); местность, прилегающая к Каталонским горам с востока (Барселона) — в последний раз пульсировали в конце августа 1931 г., когда было выявлено не менее пяти случаев бубонной чумы (двое заболевших умерли) среди тряпичников поселка Госпиталет в 4 км на восток от Барселоны. Пик активности реликтовых очагов чумы Пиринейского полуострова приходится на середину XVII в.

Реликтовые очаги чумы полуострова Корнуолс (о. Великобритания). Равнинная местность, по форме напоминающая неправильный параллелограмм, расположенная между Бристолем и Уэтмутом и вдоль юго-восточного склона Корнийских гор, где в августе 1348 г. вымерло почти все население («люди ложились, подобно колосьям под серпом жнеца»).

Реликтовые очаги чумы Юго-Восточной Англии. Расположены на местности, включающей Лондон и его пригороды в радиусе 20 миль от Сити. Пульсации достигли максимума в середине XVII в., что имело своим следствием Великую Лондонскую чуму 1665 г. В 1900 г. отмечены чумные эпизоотии среди лондонских крыс, объясненные в соответствии с представлениями того времени «заносом чумы кораблями» (рис. 64).

Рис. 64. Фрагмент картины «Спасение от чумы, Лондон, 1665 г.» («Rescued from the Plague, London, 1665» Guildhall Art Gallery, Corporation of London).

Картина написана британским художником Francis Tophan (1838–1924) в 1898 г. В контексте данной работы картина иллюстрирует несоответствие реальной эпидемиологии инфекционной болезни принимаемым в отношении нее противоэпидемическим мероприятиям. В XVII в. считалось, что чума передается особым вредоносным химическим веществом — контагием по принципу: «прикоснулся к чумному больному — заболел чумой». Контагий также сохранялся в вещах больного человека. Люди, находившиеся в контакте с больным чумой, считались потенциально «чумными» и их запирали в тех домах, где выявляли заболевших. «Зачумленные» дома в Лондоне местные власти помечали крестом и на двери делали надпись «Да спасет их Господь», что и изображено на картине Francis Tophan. В действительности в домах формировались локальные (домовые) вторичные крысиные очаги чумы, и возбудитель болезни инфицировал людей посредством укуса инфицированных им блох. Следовательно, правильнее было бы людей эвакуировать из их «зачумленных» домов, что и делают жители, основываясь на своем эмпирическом опыте, вопреки «научным представлениям» врачей. Но к этому пониманию эпидемиологии чумы наука придет еще только через три века.


Реликтовые центрально-европейские очаги чумы. Цепочка реликтовых очагов, расположенных вдоль северных отрогов Альп (сокрушительные эпидемии чумы второй пандемии в городах Женева, Базель, Берн, Цюрих, Мюнхен, Линц, Вена, Краков) и соединяющихся с западной оконечностью Балканских реликтовых очагов чумы (пик активности приходится на первую половину XVII в.).

Реликтовые очаги чумы долин рек Рейн, Везер, Эльба. Во время второй пандемии их эпидемическая активность нарастала по мере приближения к побережью Балтийского моря (сокрушительные эпидемии чумы второй пандемии в Страсбурге, Франкфурте, Кельне, Ганновере, Гамбурге, Магдебурге и др.). Видимо «сливаются» с цепочкой реликтовых очагов чумы, расположенных вдоль побережий пролива Ла-Манш, Северного и Балтийского морей. Пик активности приходится на первую половину XVII в. Наиболее упорно в Центральной Европе эпидемии чумы «держались» на местности, включающей в себя города Дрезден (1680 г.), Магдебург (1681 г.), Галле (1682 г.), Гальберштад, Брауншвейг, Эрфрут, Нордгаузен и Мюльгаузен (1682–1683 гг.) — «Германское чумное пятно». На его территории отдельные вспышки и случаи чумы встречались до 1711 г., после чего она «совершенно исчезла» из Германии.

Приведенные по пандемиям чумы исторические материалы свидетельствуют о следующем.

1. Процессы глобальной активизации природных очагов чумы связаны с активизацией природных очагов возбудителей других инфекционных болезней людей. Анализ исторических источников показывает, что пандемиям чумы предшествуют пандемии проказы и натуральной оспы.

2. Существует глобальная многолетняя цикличностьи в развитии пандемий данного типа. Такой цикл хронологически выходит за рамки известных пандемий. Например, отнеся вторую пандемию чумы только на 1346–1351 гг. мы игнорируем то, что после небольших временных перерывов вспышки чумы продолжались до 1382 г., занимая все большие территории и продвигаясь скачками на север, т. е. пандемический процесс продолжался после даты, считающейся его окончанием. Но и после 1382 г. нельзя говорить о ее окончании. Очаги чумы на Европейском континенте еще почти 500 лет то расширялись и разгорались, то угасали на сто и более лет, но потом снова активизировались. Изучение хронологии эпидемий по городам позволило выявить еще несколько пиков активности чумы в Европе: второй (1440–1530 г.), третий (1545–1683 гг.; максимум), четвертый (1710–1830 гг.) и пятый (1899–1931 гг.). Пики неравноценны. Четвертый даже не имел территориальных размахов первого, предпандемического. А пятый (так называемая «третья пандемия чумы») дал всего несколько незначительных по смертности вспышек среди людей (Оппорто, 1899 г.; Глазго, 1900 г.; Неаполь, 1900 г.; Константинополь, 1900-м, 1919–1929 гг.; Одесса, 1902-м, 1910 гг.; Париж, 1930 г.; низовья реки Турия и долина реки Эбро на Пиренейском полуострове, 1931 г.; и др.). Современникам так и не удалось их привести в связь с кораблями и чумными крысами. Вспышки развились на местностях, уже известных как чумные в прошлом. Следовательно, эти пики чумы стали проявлением одного процесса активизации природных очагов чумы в Европе, имевшего свое начало (1346–1382 гг.), максимум (1545–1683 гг.) и угасание (1710–1830 гг.; 1899–1931 гг.).

Пандемии холеры. Возбудитель холеры, V. cholerae, поддерживается в водном резервуаре среди одноклеточных гидробионтов, распространяется среди людей веерно, посредством инфицированной воды. Вызываемые им вспышки «привязаны» к конкретным территориям, и в периоды холерных пандемий, как правило, на этих территориях они повторяются (см. наблюдения Щепотьева Н. К., 1884, 1890). Данные обстоятельства позволяют предположить наличие реликтовых очагов холеры, однако их границы по историческим источникам еще только предстоит установить. В этом аспекте проблемы история холерных пандемий весьма содержательна. По сложившейся в эпидемиологии традиции, начиная с 1817 г. выделяют семь пандемий холеры. Хронологически их появление совпадает с переходом от малого ледникового периода (XII–XVII вв.) к общему постепенному потеплению в северном полушарии. Холера практически везде (за исключением Индостана и прилегающих к нему регионов) врачами рассматривалась как «новая болезнь». Стереотип восприятия холерных пандемий на протяжении почти полутора веков заключался в том, что все холерные пандемии начинаются в Индии, а «затем по путям человеческих сношений холера распространяется по всему миру». Распространение холеры объяснялось экспансией европейских стран на Восток и значительным расширением международных контактов, создавших новые условия для развития эпидемий холеры (Гезер Г., 1866; Гамалея Н. Ф., 1905). Но если смотреть по конкретным территориям, то еще в XIX в. было замечено (Щепотьев Н. К., 1884, 1890), что она появляется там, где раньше свирепствовала чума (Марсель, Барселона, Москва, Лондон). Здесь я прошу читателя обратить внимание на то, что чума до начала XIX в. в течение почти 500 лет занимала совсем иные территории, чем она занимает сегодня (см. «Реликтовые очаги чумы»).

Холера не появилась в Европе внезапно, будучи «занесенной» из Нижней Бенгалии. Так же как и чума, до общеизвестных пандемий она давала о себе знать отдельными вспышками болезни. Поэтому в сочинениях многих врачей средней и северной Европы XVII в. холера упоминалась под названием «белого натужного поноса». К ней относятся вспышки болезни, которые наблюдал Т. Сиденгем с 1669-го по 1672 г. и в 1679 г. в Лондоне. Но с приходом холерных пандемий и появлением их удобного контагионистического объяснения местные вспышки как-то надо было научно объяснять. Тогда холеру разделили на две формы: азиатскую (cholera asiatica), которую считали «приходящей» из нижней Бенгалии; и так называемую choleranostras, т. е., европейскую холеру или нашу холеру. Болезнь встречалась в виде спорадических случаев среди бедных слоев населения в середине или в конце лета, чаще всего в августе, особенно в жаркие годы. Различия между этими болезнями по клиническим симптомам не проводились, так как их и не возможно было провести из-за полного сходства, но считалось, что это две разные болезни «с этиологической точки зрения» (см. у Гризингера В., 1866).

Патолого-анатомических различий между азиатской и европейской холерой также не удавалось установить. Даже после открытия Р. Кохом холерного вибриона, по сложившемуся стереотипу представлений, обе холеры «этиологически» продолжали разделять, хотя один и тот же вибрион находили в кишечнике и испражнениях больных как европейской, так и азиатской холерой (см., например, работу Раскиной М. А. и Афанасьева М. И., 1892). В начале ХХ в. упоминания о choleranostras просто исчезли из учебников и монографий, с эпидемиологией холеры (как и чумы!) уже все было ясно. И если она где-то появлялась отдельными вспышками или случаями, это означало только то, что санитарные службы не уследили за перемещением людей, прибывших из эндемичных по холере регионов.

Общая тенденция в появлении вспышек холеры во время ее пандемий в северном полушарии аналогична «поведению» чумы во время ее первой и второй пандемий — с юга на север и с востока на запад. Во время каждой пандемии оставались местности, в которые холера никогда «не заносилась», сами же пандемии «рассыпались» на сотни вспышек, связь между которыми можно было установить, только встав на позиции средневековых контагионистов. Кратко, по работам Г. Гезера (1866); Г. Ф. Архангельского (1871, 1874); Г. Ф. Вогралика (1935); О. В. Барояна (1967, 1971); и Н. Ф. Гамалеи (1905, 1910), рассмотрим эти пандемии.

Первая пандемия холеры (1817–1823 гг.). В эти годы глобальная ситуация по холере только начала «раскачиваться», примерно так, как это было во время первого цикла чумы Юстиниана или периода 1346–1351 гг. времен «черной смерти». Толчком к активизации реликтовых очагов в 1815–1817 гг. послужили климатические изменения, произошедшие за годы, предшествовавшие «выходу» возбудителя холеры за пределы Индостанского полуострова.

По данным Е. П. Борисенкова и В. М. Пасецкого (1988), в первые два десятилетия XIX в. лето в Европе отличалось исключительным обилием влаги. Дожди начинались в мае и шли до конца августа. В ноябре 1819 г. в Западной Европе снова цвели деревья. В России весны стали ранними, но холодными. Лето засушливым. С начала 1820-х гг. в Европе все чаще стали наблюдаться засушливое лето и необычно теплая длительная осень. В России засуха стала губить урожаи даже в Западной Сибири. К середине 1820-х гг. продолжительность холодного времени года резко сократилась, весна стала ранней, и лето повсеместно засушливым. Неурожаи появились не только в России, но и в Европе.

Значительные погодные аномалии дали о себе знать в 1817 г. в Индии. Количество осадков в том году в Бомбее, где оно обычно доходит до 78,54 английских дюймов, достигло 103 дюйма. При этих обстоятельствах и в одно время во многих местностях Индостана начались масштабные вспышки холеры (в Бихаре уже в 1816 г.). В мае 1817 г. впервые она появилась в Поддии, в районе слияния многочисленных рукавов Ганга; в июне холера обнаружилась в Нусерабаде, в июле — в Пaтне и во многих местностях вдоль Ганга (Гезер Г., 1866). Эта эпидемия в Бенгалии еще резко не отличалась от тех, которые имели место в предшествующие годы, но с нее началось «извращение» в распределении холерной смертности в Индии по месяцам года. А именно, в 1815-м и 1816 гг. смертность от холеры имела свой максимум в сентябре и в октябре, тогда как минимум падал на апрель и май. Страшная эпидемия 1817 г. имела также наибольшее напряжение в сентябре. Но на следующий год максимум заболеваемости оказался уже перемещенным на март и апрель. Затем дождливое время (с июня по сентябрь) сопровождалось уменьшением смертности от холеры, которая снова поднялась в ноябре. Таким образом, создалась типичная кривая на начало ХХ в. месячного распределения холерных случаев в Калькутте двумя максимумами в феврале и ноябре и с минимумом, соответствующим периоду дождей (Гамалея Н. Ф., 1905).

Первая пандемия началась в Бихаре (Индия) в 1816 г. Затем холера вспыхнула на юге Индии, на Цейлоне, в Африке, Китае, Аравии, Месопотамии, Сирии, Иране, России (от Баку до Астрахани, где «взяла» 200 жизней), Филиппинах и Японии.

Запущенные глобальными климатическими сдвигами изменения в среде обитания холерного вибриона после 1823 г. (окончание первой пандемии холеры) уже не вернулись к исходному состоянию начала XIX в. — сholera nostras «превратилась» в азиатскую холеру. Колебания системы, образуемой холерными вибрионами и гидробионтами, стали самоподдерживающимися и быстро нарастающими из-за совпадения с колебаниями других сложно опосредованных экологических факторов, вызванных продолжающимся глобальным изменением климата. Каждая последующая пандемия имела свой «ход» (т. е. свою последовательность активизации холерных очагов, на которой не отразились ни прорытие Суэцкого канала, ни развитие транспортных коммуникаций — в этом легко убедиться из работ современников этих пандемий — ученых XIX в.) и распространялась севернее предыдущей, пока они как бы не «оборвались» в 1920-х гг.

Вторая пандемия холеры (1826–1837 гг.) «продвинулась» гораздо дальше на север, чем первая. Началась эпидемией в Бенгалии и затем охватила всю Индию. Вскоре холера дала о себе знать на Ближнем Востоке, в Иране, Закавказье, Китае, Афганистане, Бухаре, оттуда она «прорвалась» до Оренбурга. В России холера распространялась в поволжских регионах (но против течения Волги!), по Черноморскому побережью, затем «рассыпалась» отдельными вспышками в направлении с востока на запад по большинству российских губерний. Холера широко распространилась в Западной Европе, Америке и Австралии. В течение всего 6 лет (1826–1832 гг.) очаги холеры почти синхронно сформировались на огромном пространстве, охватывающем Европу, Азию, северное побережье Австралии и оба Американских континента. Глобальное распространение холеры сопровождалось ее «проникновением» в «холодные районы» планеты (Архангельск в Северном; и Вальпараисо в Южном полушарии).

Интересно отметить, что холера в Германии в разгар эпидемии так и не «проникла» в ряд городов: ее не было в Мекленбурге, Ганновере, в Саксонском государстве, даже в Лейпциге, который не прекращал своих весьма оживленных сообщений с пораженным холерой Галле. Холера не «проникла» в Гессен, Брауншвейг и гористые местности Тюрингена, тогда как в нижележащей Иене было очень много тяжелых случаев заболеваний «спорадической холерой». Такой же «незаразимостью» отличались Ангальт, Гессен, Брауншвейг. В великом герцогстве Веймарском было несколько случаев холеры в деревнях близ Эрфурта, в котором эпидемия привела к гибели многих граждан. Город Веймар, несмотря на постоянную связь с пораженным холерой Эрфуртом, оставался свободным от эпидемии. Отсутствие холеры в ряде указанных городов и местностей пытались объяснить принятыми против нее мерами, хотя в пораженных и не пораженных холерой германских городах меры против нее были приняты те же.

В 1834 г. холера «обосновалась» на юге Европы и достигла широтного максимума на ее севере. Она появилась сначала в южной части Швеции, потом в Гётеборге и далее «проникла» до 60∞ с. ш. Наиболее интенсивные вспышки холеры, как правило, происходили вокруг больших озер. В середине августа она обнаружилась в Стокгольме, где из 7889 больных умерло 3278 (41,5 %). Меньших размеров достигла холера в Норвегии.

Во время третьей пандемии (1844–1864 гг.) активность реликтовых очагов холеры еще более возросла. Количество заболевших и скорость распространения холерных эпидемий были значительно большими, чем во времена предшествовавших двух пандемий. Одновременно возросла смертность заболевших людей. Холера 1848 г. была самая смертоносная из всех, когда-либо поражавших Россию.

Пандемия началась с активизации холерных очагов к северу и к северо-западу от Индостана. Холера появилась Лагоре, Кашмире и Афганистане. В июне 1844 г. она поразила Кабул, в июле — Герат, в сентябре — Бухару и Самарканд; в конце года — Персию. В сентябре 1847 г. холера вспыхнула на турецком побережье Черного моря, опустошила Трапезунд и многие населенные пункты Малой Азии. Первый случай холеры в Европе имел место в Константинополе в августе. Одновременно с активизацией холерных очагов на берегах Черного и Азовского морей аналогичный процесс осуществлялся в направлении на север, к Азиатской и Европейской России. С апреля 1847 г. эпидемия холеры стала принимать угрожающие размеры на Кавказе, захватив Кубу и Дербент. В мае холера была в Кизляре. В июне холера появилась в Георгиевске, Моздоке, Пятигорске; в июле — в Ставрополе, в Азове, в Ростове-на-Дону, в Астрахани. Затем она последовательно захватила всю Европейскую Россию до Финляндии включительно. В 1849 г. холера вновь «вернулась» в Европу, достигнув Шотландии и Ирландии.

Во время третьей пандемии в России холера так же, как и во вторую пандемию, распространялась против течения рек. Теперь для борьбы с ней не использовались карантины. Но холера не только не стала распространяться быстрее, но и замедлила свой «ход» (табл. 17).

Таблица 17. Сравнение продолжительности «движения» холеры вдоль Волги во вторую и в третью пандемии[23]

| Сутки

Холера после ее первого появления в Астрахани обнаружена в городах| 1830 г. | 1847 г.

Царицын | 12 | 12

Саратов | 18 | 38

Пенза | 28 | 50

Самара | 36 | 66

Симбирск | 43 | 70

Казань | 51 | 63

Нижний Новгород | 38 | 67

Москва | 57 | 76


Как видно из этих данных, холера в 1847 г. распространялась по Волге даже несколько медленнее, чем в 1830 г. В 1850 г. эпидемии холеры повсеместно стали «ослабевать». Зимой 1849–1850 гг. холера давала о себе знать отдельными случаями во многих местах Европы, но общее количество заболевших было невелико. С наступлением теплого времени года обнаружились новые эпидемии, но пандемия уже теряла свою силу. В 1853 г. холерная пандемия начинается как бы заново. По своей сути, это была уже новая пандемия, но так как предыдущая тогда еще не закончилась, то их, после ожесточенных дискуссий, решили объединить в одну. Своей высшей точки эпидемия достигла в августе, когда холера распространилась по всей территории России, «проникнув» далеко в Сибирь, в Тобольскую и Томскую губернии. Чудовищно пострадала от холеры Северная Европа. В Италии в 1854 г. холера достигла невиданных ранее размеров.

В 1856 г. территории, занятые холерой, начинают сокращаться. Эпидемии отличаются гораздо меньшей напряженностью. В 1859 г. произошло резкое усиление холеры в России, в Германии, Бельгии, Испании, Дании и Швеции. Но с 1860-го по 1862 гг. пожар холерной пандемии в Европе, Африке и Америке угасает. В Азии холера в эти годы продолжала свирепствовать в Индии, Китае, Японии, а также в Персии, Афганистане, Хиве, Туркестане, Месопотамии и Аравии. В 1860-м и 1861 гг. в России отмечены лишь единичные заболевания. До 1865 г. случаи холеры на территории России не регистрировались. С 1863 г. Европа и Америка уже не имели у себя холерных вспышек.

Всего за время третьей пандемии в Европе заболело около 6 млн и погибло около 2,5 млн человек. Из них около 1,7 млн заболеваний с 40 % смертности приходится на Россию (Архангельский Г. Ф., 1874).

Четвертая пандемия холеры (1865–1875 гг.). К 1863 г. по всей территории Индии холера практически прекратилась и обнаруживалась только в Бенгалии и на Гангесской равнине. Но в 1864 г. она снова распространилась по полуострову до западного берега. В следующем, 1865 г., уже в апреле холера появилась в Геджасе (западный берег Аравийского полуострова), к концу апреля холера свирепствовала в Мекке и Медине, в мае она объявилась в Египте. Вместо традиционного «проникновения» из Индии в Европу как бы по территории России (в контагионистическом представлении!) она неожиданно «появилась» во Франции (Марсель), на восточном берегу Италии и в Константинополе.

В России холера объявилась 1 августа 1865 г. в Подольской губернии, Балтском уезде, в селении Боршах. В тот год холера распространялась весьма медленно и имела ограниченные размеры. Она ни в одной из пораженных губерний не достигала такой степени интенсивности, как в 1848-м или 1830 гг. Эта эпидемия в России как бы составляла только окраины района будущей эпидемии, имевшей центральное гнездо в других местностях. Всего в Европейской России в этом году холерой заболело 13 315 человек, из них погибло 4177.

В следующем году очаги холеры начали вспыхивать с запада на восток и с юга на север, «пропуская» огромные территории. В июне в один день (14-го) холера появилась в Херсонской и Петербургской губерниях (в Петербурге и Кронштадте). Затем вспышки холеры начались в Таврической (15-го), Екатеринославской и Полтавской (1-го), Харьковской (23-го), Курской и Орловской (?), Черниговской (25-го), Гродненской (11-го) губерниях и др.

Главным центром эпидемии в Европейской России в тот год была местность, занимаемая Бессарабской областью и Подольской губернией. Интенсивность эпидемии (% умерших на 1000 жителей) в Бессарабской области составила 6,5 %, в Подольской — 5,4 %. В губерниях же, окружающих эту местность, интенсивность эпидемии была еще меньше. Далее интенсивность эпидемии была очень слабо выражена в губерниях, лежащих на юго-востоке от этой местности. Но губернии, расположенные по направлению на восток и на север, были поражены сильнее. Всего в этот год в России зарегистрировано 298 853 холерных больных, из них умерло 72 386.

В Европе холера, видимо, приобрела значительно более тяжелый характер, чем в России. Только в Австрии в 1866 г. умерло от холеры почти столько же людей, сколько и в России — 234 920. В 1867 г. заболеваемость холерой повсеместно снизилась, но в 1871–1872 гг. Россия вновь вступает в полосу холерных катастроф. В 1871 г. наибольшей интенсивности холерная эпидемия достигла в Тамбовской (6,7 %), Воронежской (5,0 %), Ярославской (6,2 %), Московской (5,6 %) и Могилевской (5,0 %) губерниях. Всего в Европейской России холерой тогда заболело 322 711 человек, из них умерли 124 831. В 1872 г. центр эпидемии вновь сместился на местность, занимаемую губерниями: Киевской (интенсивность эпидемии 9,0 %), Подольской (6,6 %), Волынской (6,4 %), Черниговской (6,0 %), Полтавской (5,0 %), Екатеринославской (5,7 %) и Могилевской (5,0 %). Холерой заболело 310 697 человек, из них погибли 113 196.

В 1873–1874 гг. азиатская холера прекращается на всей территории Европы и России. Во всяком случае, так тогда считали. Во время этой пандемии было установлено, что напряженность холерных эпидемий отнюдь не растет пропорционально увеличению и улучшению путей сообщения и перевозочных средств.

Пятая пандемия холеры (1883–1896). С 1875 г. холера активизировалась в Индии, на юге Китая, в Японии с крайне высокой смертностью среди населения, но в Россию и Европу она «не проникла». К 1883 г. в Индии холера практически угасла. Та же тенденция наблюдалась еще в течение нескольких лет. Поэтому связать вновь вспыхнувшие эпидемии пришлось уже c другим источником «холерного контагия». Теперь холера «началась» из Саудовской Аравии, из Геджаса (Хиджас), где с 1875 г. не прекращались холерные вспышки. В мае 1883 г. число холерных заболеваний в Аравии резко возросло, тяжесть их значительно повысилась. Но в этом же году холера посещает целый ряд китайских договорных портов, Маньчжурию. Европа осталась пощаженной, как тогда считали, благодаря учреждению карантинов в английских портах и на всех пунктах Средиземного моря.

В 1884 г., 26 апреля, когда все прилегающие к Средиземному морю страны, не исключая Египет, не имели ни одного холерного заболевания, холера неожиданно «занеслась» во Францию, в Тулон и в Марсель. Затем она очень быстро распространилась почти на всю южную Францию, где проявила себя в «мягкой форме» (в 280 местах было выявлено около 12 тыс. заболевших и 5 тыс. смертельных исходов, тогда это считалось «мягкой формой эпидемии»). В августе холера проникла в Италию, «прорвавшись сквозь карантины», вернее вообще мимо них. Сначала холера появилась в Северной Италии (Специя), а затем в Неаполе, Женеве, северной Франции, в Париже. Началось очередное холерное побоище. За 1884 г. население Европы потеряло от холеры 21 тыс. человек. Но с этого времени началось неуклонное, хотя и неровное, скачкообразное распространение холеры по странам мира. Волны эпидемий как бы перекатывались с одного континента на другой, нередко возвращаясь и давая новые эпидемические взрывы в странах, где незадолго перед этим, как казалось, болезнь совсем исчезла.

В Российской империи холера началась в мае 1892 г. Первый случай болезни, по данным Д. И. Впрюжского (1895), консультанта Николаевского военного госпиталя, имел место в ауле Кахки, расположенном вблизи станции Закаспийской железной дороги. Так как холерный вибрион уже был открыт Кохом, то объяснение начала эпидемии не вызвало никаких затруднений — холера «занесена», так как началась на станции. Звенья эпидемических цепочек соединили следующим образом.

18 мая, т. е. через 6 дней после начала эпидемии в Мешхеде (Персия), здесь заболел холерой торговавший в селении хивинец и к вечеру 19 мая умер. Последующим дознанием установлено, что сам хивинец до своей болезни не отлучался из аула и не получал товаров из местностей, пораженных холерой. Но впоследствии выяснилось, что за 4 дня до его заболевания в аул прибыл из персидского города Арчиньян перс, который заболел холерой 24 мая (!) и в тот же день умер. В соответствии с контагионистиче скими воззрениями Коха, этого человека, умершего от молниеносной холеры, назначили «переносчиком холерной заразы из Персии в Закаспийскую область».

Вскоре холера появилась в Астрахани и стремительно распространилась вверх (!), против течения Волги. Холерные эпидемии вспыхнули в Ставропольской губернии, в Терской и Кубанской областях до Ростова-на-Дону. Затем она распространилась по всему югу России. К началу июля пожар эпидемии уже охватил все побережье Волги, Камы и Вятки. Холерные эпидемии начались в центральной черноземной области. Они поразили Владимирскую, Московскую губернии. Большое количество заболеваний холерой зарегистрировано в Москве, Петербурге, Орловской, Тамбовской, Тульской, Пензенской и других центральных губерниях. Всего в 1892 г. в России было поражено 77 губерний и областей страны, заболело 604406 и умерло 295744 человека. Кроме Германии в этом же году холера дала небольшое количество заболеваний в Австро-Венгрии, Бельгии, Нидерландах, Франции. В 1894-м и 1895 гг. количество заболеваний холерой в России начало уменьшаться.

В 1895 г. большая эпидемия наблюдалась только в Волынской губернии, где заболело 28 тыс. человек. В том же году холера появилась на Дальнем Востоке, в Приморье, но ограничилась там небольшой эпидемией. Всего она зарегистрирована в 10 губерниях страны. Этот год был последним холерным годом в России в XIX в. В 1897 г. холера почти исчезает с мировой сцены, и только в некоторых азиатских странах тлеют еще искры пожара эпидемии. Пятая пандемия холеры считается закончившейся.

Шестая пандемия холеры (1900–1926 гг.). Самая необычная пандемия из известных. Холера вспыхнула в тех высоких широтах, где ее ранее не фиксировали. Первая волна охватывала 1902–1911 гг., вторая — 1913–1926 гг. и ее связывали с войнами (балканская, Первая мировая война, гражданская война в нашей стране). Пандемия вновь началась в Индии. В 1901 г. она охватила французскую Индию, Индокитай, Японию, Суматру, в 1902 г. была уже в Китае и Японии, поразила острова: Борнео, Целебес, Яву, а также Филиппины, Персию, Аравию, Египет. Затем распространилась по Месопотамии, охватила всю Малую Азию до Черного моря, среднюю Aзию и Самарканд, в 1904 г. вспыхнула в Баку и в Астрахани. «Поднялась» по Волге до Самары и с наступлением зимы затихла. В 1907 г. холера снова появилась в Поволжских губерниях, а затем и в юго-западном крае (Киев). В 1908 г. холера распространилась еще севернее, в сентябре она была в Петербурге, Кронштадте, Выборге, Нарве, Ревеле, Риге. Из южных городов — в Одессе, Киеве, Херсоне, Феодосии, Таганроге. В 1909 г. вспышки холеры в разных городах России продолжались в Саратове, Самаре, Ростове-на-Дону, Новгороде, Баку. Единичные заболевания наблюдались в различных пунктах западной Европы. В 1910 г. особенно пострадали от холеры Петербург, Киев, Оренбург, Екатеринославская и Подольская губернии. В осенние месяцы холера была сильна в Турции, Болгарии и Румынии и «проникла» в Италию. В этом же году была холерная вспышка на острове Мадейра. В 1911 г. холера усилилась в Италии, дала вспышки в Австрии, Турции, южной Франции, в России же затаилась. Вспышки холеры наблюдались на Балканском полуострове во время первой и второй Балканских войн в 1913 г. В 1914 г. со вспыхнувшей общеевропейской войной создались благоприятные условия для оживления холеры на Балканском полуострове и в Галиции. В 1915 г. холера получила значительное распространение по России, особенно в прифронтовой полосе. К 1917 г. холера в армии прекратилась вовсе, и среди мирного населения было очень мало случаев заболеваний ею. В период гражданской войны в России (1918–1922 гг.) холера вновь широко распространилась по России. Всего 37 губерний европейской части СССР, Кавказа, Сибири и Средней Азии были охвачены вспышками холеры, нередко не прекращавшимися и зимой. Только к 1925 г. эта пандемия прекратилась совершенно.

После 1926 г. холера снова становится болезнью, локализованной в определенных районах Азии. Такое благополучие, длившееся почти 34 года, само по себе загадочно, так как приходится на период Второй мировой войны. Несмотря на колоссальные миграционные потоки людских контингентов, значительную активизацию холерных очагов в Индии, она не получила пандемического распространения.

В послевоенный период «торжество человеческого разума, победившего грозную болезнь», уже стало столь очевидным, что не требовало никаких доказательств. В 1958 г. на Всемирной ассамблее здравоохранения было заявлено, что холера больше не представляет реальной угрозы человечеству и идет на «спонтанное исчезновение». Инфекцию же, вызываемую вибрионом Эль Тор, рекомендовано вообще не считать холерой. Но, видимо, не все решения, которые принимает человек, становятся обязательными для природы. В 1961 г. началась новая (седьмая) пандемия холеры, вызванная вибрионом Эль Тор. Эта пандемия продолжается и в настоящее время, но такого масштаба, как шестая пандемия, она не приняла.

Таким образом, по пандемиям холеры XIX–XX вв. мы наблюдаем ту же закономерность, что и по пандемиям чумы в XIV–XIX вв., только «сжатую» по времени. Первая пандемия (1817–1823 гг.) с предшествующими ей вспышками в разных регионах мира choleranostras — предпандемия, далее максимум пандемии — то, что мы называем третьей (1844–1864 гг.) и четвертой пандемиями (1865–1875 гг.), и ее угасание в 1920-х гг. Седьмая пандемия уже непроявляет себя традиционной для азиатской холеры смертностью и ареалом, включающим самые северные территории Европы. Следовательно, пандемии холеры с первой по шестую представляли собой единый процесс, который закончился в первой половине ХХ в.


Пандемии гриппа. По мнению отдельных исследователей, вирус, возбудитель гриппа, поддерживается в природе как сапроноз (см. работу Э. И. Коренберга, 2006). Такой же вывод можно сделать, анализируя некоторые особенности гриппозных эпидемий и пандемий (более подробно см. разд. 2.1). Тогда первичный резервуар вируса гриппа относится к водному типу. Основные хозяева вируса — простейшие.

Эпидемиология гриппа при внимательном изучении отдельных эпидемий любой из известных пандемий далеко не так очевидна, как это представляется в отдельных учебниках для медицинских вузов (например, у Шуваловой Е. П. с соавт., 2001).

Наиболее часто историки медицины первую эпидемию гриппа относят на 1173 г., когда была описана серия из следовавших друг за другом эпидемий лихорадочной катаральной болезни в Италии, Германии и Англии. С середины XVI в. грипп не сходит со страниц эпидемиологической хроники, поэтому я не буду описывать его историю до пандемии 1889–1892 гг., предшествовавшей смертоносной «испанке» 1918–1921 гг. Более подробно с историей пандемий гриппа можно знакомиться по работам Г. Гезера (1866), Н. А. Протасова (1891) и Г. Ф. Вогралика (1935). Ниже приведу только отдельные закономерности, прослеживающиеся в описаниях этих пандемий.

1. Большинство зафиксированных пандемий гриппа имели двух- или трехволновый характер и не сопровождались большой смертностью населения. Например, пандемии 1780–1782, 1830–1833 и 1889–1892 гг.

2. Обычно большое число погибших наблюдается во время вспышек гриппа, привязанных к отдельным местностям и/или этническим группам. Например, вспышки гриппа в Сибири в 1843-м и 1858–1859 гг. смертельными были только для некоторых «туземных» народностей; пандемия 1729–1730 гг. наиболее тяжелые осложнения дала в отдельных местностях в Соединенном Королевстве и в Италии.

3. Гибель людей во время пандемий и вспышек гриппа имела место на фоне осложнений со стороны органов дыхания (пневмонии, плевриты, абсцессы), поражения ЦНС (помрачение сознания, энцефалиты, гипертермия и др.), нарушения гемодинамики (обычно описывается врачами как «нарастающая слабость») и системы свертывания крови (петехии, кровотечения и кровоизлияния различной локализации). За время одной пандемии на разных территориях и в разных этнических группах характер таких осложнений был различным (например, у бурят и русских во время вспышек гриппа в Сибири в 1858–1859 гг.).

4. «Скорость» распространения гриппа по планете во время масштабных пандемий прошлого практически не отличалась от той, которую приписывают современным пандемиям, объясняя это явление возросшей способностью человека к перемещениям. Например, пандемия 1580 г., начавшись в июне одновременно в Сицилии и в Нидерландах, «обошла» в течение 6 месяцев всю Европу и распространилась на Североамериканский континент, Африку и на Восток. Пандемии 1780–1782, 1847–1847, 1889–1892 гг. распространялись с той же скоростью, что и пандемии «испанки», Азиатского гриппа или Русского гриппа в ХХ в.

5. Нет территорий, для которых было бы установлено, что именно с них всегда начинаются пандемии гриппа, сама пандемия может «двигаться» в разных направлениях. Например, масштабная эпидемия гриппа 1510 г., охватившая почти всю Европу, началась на Мальте и «двинулась» на север, северо-восток и северо-запад. Пандемии 1557-го и 1580 гг. начинались на Сицилии и распространялись в направлении с запада на восток. Пандемия 1729–1730 гг. «шла» с востока на запад, начавшись в России в апреле 1729 г. С разных направлений могут «двигаться» и волны, составляющие одну пандемию. Грандиозная пандемия 1780–1782 гг. состояла издвух волн: волны 1780–1781 гг., «шедшей» с северо-запада Европы, когда она обошла Францию, Германию, Россию, Италию и Северную Америку. И волны 1781–1782 гг. На этот раз пандемия началась в Китае или в Индии и «шла» в противоположном направлении. Пандемия гриппа 1830–1833 гг.

началась в Китае в сентябре. Пандемия гриппа 1836–1837 гг. началась в Австралии и ограничилась Восточным полушарием.

Кратко по работам А. Перуанского (1919); П. И. Диатроптова с соавт. (1919); Н. А. Старковой (1921); А. А. Садова (1927); Д. М. Российского (1942); К. Г. Васильева, А. Е. Сегала (1960); А. А. Смородинцева, А. А. Коровина (1961); О. В. Барояна (1967); Х. Андревса (1970); Д. М. Злыдникова с соавт. (1971); Г. Л. Ерусалимчика с соавт. (1971); Г. И. Карпухина (1985), рассмотрим пандемии конца XIX и ХХ вв.

Пандемия 1889–1892 гг. на территории Российской Империи началась в Бухаре, куда, как тогда предполагали, она «проникла» из Китая. В феврале 1889 г. эпидемии гриппа начались в Европейской России. Первые заболевания гриппом в Петербурге начались в октябре, а к середине ноября число заболевших достигло 150 тыс. В Москве эпидемия появилась в начале ноября; в этом же месяце она охватила Польшу, Германию, Австрию, Данию, Бельгию и Францию (в Париже за одни только сутки заболело 50 тыс. человек). В декабре грипп проник в Северную Америку, в январе 1890 г. — в Египет и Алжир. В феврале эпидемия обнаружилась в Индии, в апреле, заканчивая свое кругосветное путешествие, она захватила Австралию. Финалом эпидемии считают вспышку гриппа в Абиссинии осенью 1890 г. По оценкам специалистов того времени, всего в пандемию 1890 г. переболело до 50 % населения земного шара. Новая волна пандемии, поднявшаяся в начале 1891 г., захватила Америку и страны Северной и Западной Европы. С осени 1891 г. до весны 1892 г. через Европу, а затем через другие части света, прошла третья волна этой большой пандемии, «остатки» которой наблюдались в некоторых районах земного шара в 1893-м и 1894 гг. Первая волна характеризовалась большой заболеваемостью и незначительной смертностью. Во время следующих волн заболеваемость была меньшей, но смертность намного большей.

Во время этой пандемии катаральные симптомы отошли на задний план. Резко бросались в глаза крайняя степень прострации, слабость и угнетенность; часто наблюдалась также боль во лбу, в глазных яблоках и в мышцах. Длительность болезни была 3–5 дней; в тяжелых случаях часто развивались бронхиты и пневмонии, особенно в конце эпидемии; но общая смертность, зависевшая в ту пандемию главным образом от легочных осложнений, была незначительна. По данным серологической археологии, пандемия 1889–1892 гг. была вызвана вирусом серотипа Н2N2.

После большой пандемии 1889–1892 гг. в Европе продолжали появляться небольшие эпидемии гриппа. Наиболее тяжелая из них охватила Европу в конце XIX века. Но даже во время Первой мировой войны грипп появлялся сравнительно редко.

Пандемия гриппа 1918–1920 гг. («испанка»). В каком регионе мира начались первые эпидемии «испанки», неизвестно. После войны выдвигались разные гипотезы по этому поводу. Достоверно установлено только то, что она началась весной 1918 г., а катастрофический характер сначала приобрела во Франции. По данным серологической археологии, пандемия 1918–1920 гг. была вызвана вирусом серотипа Н1N1.

По своей клинической картине болезнь в некоторых группах населения напоминала легочную чуму. Последнее обстоятельство в связи с массовостью заражения людей и быстрым распространением гриппа по Западной Европе, с одной стороны, внезапным началом и бурным течением болезни с частыми летальными исходами — с другой, обратило на себя общее внимание и создало у современников, знакомых с гриппом только по пандемии 1889–1892 гг., взгляд на эту болезнь, как на новое эпидемическое явление. Но это не так. Исторические источники свидетельствуют, что пандемия «испанки» была не первой из пандемий гриппа, сопровождавшейся большой смертностью населения (табл. 18).

Таблица 18. Гриппозные пандемии и эпидемии XVI–XIX вв., которые, по восприятию современников, сопровождались большой смертностью населения[24]

Годы | Масштабы | Клинические особенности

1580 | Европа, Североамериканский континент, Африка, Восточные страны | Подробностей нет, но отдельные вспышки по смертности сравнивали с чумой

1626 | Италия, южная часть Франции | То же

1729–1730 | Европа, Россия | По смертности сравнивали с чумой. Наиболее тяжело болезнь протекала в Италии, Соединенном Королевстве (Лондон), Испании и Франции (Париж). Респираторные и геморрагические явления, нарушения гемодинамики, симптомы поражения ЦНС. В Англии наблюдали петехиальные сыпи

1836–1837 | Австралия, остров Ява, Индия, Южная Африка, Европа, Россия | По смертности сравнивали c холерой (эпидемии чумы в Европе уже прекратились и были забыты). Тяжелое течение болезни отмечалось в Западной Европе. Пневмонии, поражения ЦНС, выраженные геморрагические явления, воспаления глаз, какие-то сыпи

1843 | Север Сибири (район не указан) | Очень тяжелое течение болезни среди «туземцев». Основные поражения со стороны легких и ЦНС

1858–1859 | Сибирь (район Иркутска) | Тяжелое течение болезни у бурят. Поражения со стороны легких и ЦНС, геморрагические явления, нарушения гемодинамики, отеки, поражения печени, органов слуха


В конце апреля 1918 г. эпидемия гриппа охватила Париж. Одновременно она вспыхнула в Италии. В мае грипп распространился по Испании, Швейцарии, Португалии, Италии, Сербии, Греции. В июне — по Англии, Румынии, Швеции, Германии. В июле — по Дании, Голландии, Бельгии, Скандинавским странам и Польше.

Еще в мае «испанка» объявилась в Северной Африке, а в июне дала первые очаги в Индии (Бомбей, Калькутта, Мадрас). Затем число случаев болезни, достигавшее довольно крупных цифр при очень малой смертности, стало убывать. В августе количество заболевших резко снизилось, что было принято за конец пандемии, но эти эпидемические события оказались только ее первой волной.

После нескольких месяцев «затишья» накатилась вторая волна пандемии, во время которой заболеваемость была ниже, но смертность выше предыдущей. Сначала она появилась на западном побережье Африки в Сьерра-Леоне в конце августа 1918 г., потом болезнь охватила все западное побережье Африки. В Северной Америке эпидемия этого типа возникла в октябре 1918 г. в Бостоне, куда, как тогда считали, ее занесли возвратившиеся из Европы солдаты. Первые случаи гриппа второй волны в Польше появились в середине сентября в Кракове. В течение короткого времени эпидемия заняла всю Польшу. Катастрофические размеры вторая волна пандемии «испанки» приняла в Индии, где число смертей ориентировочно оценивали в 5 млн случаев. Наблюдались случаи поголовного вымирания ряда деревень; мертвых не было возможности хоронить, поля оставались неубранными.

К концу второй волны из населенных мест остались пощаженными лишь Мадагаскар, Австралия и Новая Каледония, как тогда считали, благодаря рациональным и строго проводимым мерам профилактики. Окончание второй волны относят на конец декабря 1918 г.

Третья волна пандемии началась в феврале — марте 1919 г. и вновь поразила обширные территории, захватив на этот раз и уцелевшие до сих пор островные колонии. Эта вспышка также отличалась высокой смертностью. Окончилась она в разных местностях не одновременно, растянувшись кое-где до июня и даже августа. Пандемия полностью прекратилась только в 1920 г. Невозможно было определить точное количество переболевших людей. По-видимому, болело не меньше 550 млн человек, а погибло 20–25 млн — более 1 % всей численности населения планеты того времени, составлявшей 1850 млн. Подлинный масштаб трагедии стал ясен только после завершения пандемии (рис. 65).

Рис. 65. Число смертельных случаев от гриппа в крупнейших городах мира на 1000 человек населения во время трех волн пандемии гриппа в 1918–1920 гг. По Д. М. Российскому (1942)

Странно только то, что эти пики совпадают во времени (например, Нью-Йорк, Лондон, Париж). Если пандемия распространяется путем перемещения людей, то и максимумы заболеваемости должны бы отражать их перемещения, сначала грипп начался в одном населенном пункте, потом инфицированные вирусом гриппа люди занесли его в другой, пусть даже через Атлантический океан.


В России первая волна гриппа не была масштабной и осталась незамеченной. Но потом в Россию пришла вторая волна эпидемии. В августе — сентябре 1918 г. Сначала эпидемия разразилась на Украине, дав в Киеве до 700 тыс. заболеваний, т. е. почти поголовно поразив все население; смертность составила 1,5 %. В русских губерниях «испанская» болезнь впервые появилась в Мстиславле (Могилевская губерния) 13 августа 1918 г. и сразу вылилась в эпидемию большого масштаба. Но грипп «не спешил» в густонаселенные города. В конце августа грипп вспыхнул в Бирючах (Воронежская губерния), в самом же Воронеже и его уезде грипп зафиксирован только 15 октября. Тогда же болезнь появилась в Рязанской, Курской, Смоленской, Петроградской и Орловской губерниях. Несколько позже, 28 августа, заболевания гриппом зарегистрированы в Перми и Пермской губернии, в некоторых уездах Вятской губернии. Отчетливо прослеживался «ход» эпидемии с юго-запада на сeверо-восток, в «обход» Москвы. В Московской губернии массовый характер заболевания «испанкой» приняли в первой половине октября.

Возраст людей, умерших от «испанки», был необычен для гриппозных эпидемий и пандемий прошлого (рис. 66).

Рис. 66. Гибель людей по возрастам во время гриппозных эпидемий и пандемий на территории США По J. Lederberg (1997)

В Голландии максимум смертности пал на возраст 14–29 лет, в Египте — 10–20 лет, в Англии — 15–35 лет, в Швейцарии — 20–30 лет; в Южной Африке максимальные потери понесли люди 30–50 лет. Во французской армии в 1918 г. из 408 180 заболевших гриппом военнослужащих умерло 30382 человека (смертность 7,44 %). В Японии в январе 1919 г. насчитали 20 млн больных гриппом и 250 тыс. смертельных случаев (смертность 1,25 %).

Алиментарный (водный) путь инфицирования. Воздушно-капельный путь инфицирования вирусом гриппа был не единственным в ту пандемию. В 1919 г. С. Lynch и J. Gumming сообщили об интересных для эпидемиологов фактах, полученных ими при изучении быта 66 тыс. американских солдат в 11 лагерях на территории США. Ими обнаружена огромная разница в заболеваемости гриппом в тех лагерях, где столовая и кухонная посуда мылась, как это делается обычно, в теплой воде (при температуре не выше 40–50 °C), и в тех, где пользовались кипящей водой. В первой группе заболеваемость равнялась 252 на 1000, во второй — 51,1; т. е. она была в 5 раз меньше. Наблюдения этих авторов, сделанные на основе такой большой выборки, нельзя игнорировать и они нуждаются в объяснении.


Территории. В отдельные пандемии гриппа всегда находятся строго локализованные местности, на которых развиваются вспышки гриппа, сопровождающиеся массовым заболеванием живущих на них жителей и, соответственно, массовой смертностью заболевших. Рассмотрим этот феномен на примере Исландии.

«Испанкой» на острове было поражено в основном население Рейкьявика, составлявшее тогда 15176 человек (население острова не превышало 80 тыс. человек). Всего в городе заболело 9016 человек, из них погибло 258, т. е. 2,8 % от числа заболевших. Эпидемия длилась с 26 октября по 6 декабря, умирали пациенты преимущественно в возрасте от 16 до 35 лет. Всего на острове от «испанки погибло 484 человека. Фатальные исходы «испанки» были локализованы в основном в церковных приходах южной и восточной частей острова (рис. 67).

Рис. 67. Распределение по церковным приходам смертельных исходов от гриппа «испанки» в Исландии в 1918 г.

Плотность серого цвета отражает количество заболевших гриппом в данном церковном приходе в абсолютных цифрах. Высота черных столбиков показывает пропорцию фатальных исходов в процентах ко всему количеству населения (прихожан) данного прихода. Рисунок свидетельствует о том, что на разных территориях в эпидемический процесс вовлекались штаммы вируса гриппа с разной вирулентностью для людей. По М. Gottfredsson et al. (2008)


M. Gottfredsson et al. (2008) не получили доказательств того, что погибшие были между собой в родственных отношениях, тем самым они исключили возможность элиминации вирусом гриппа людей близких генотипов.

Клиника болезни. В пандемию гриппа 1918–1920 гг. врачам часто приходилось наблюдать чрезвычайно быстро наступающее развитие пневмоний, сопровождающихся обширным поражением легких с большим количеством крови в мокроте, протекавших бурно, с явлениями тяжелой общей интоксикации, с быстро нарастающим поражением сердечно-сосудистой системы, резким падением кровяного давления, помрачением сознания и быстро наступающим смертельным исходом.

Если гибель больного не происходила в первые трое суток, то высокая с самого начала болезни температурная кривая в большинстве случаев за этот период времени снижалась, чтобы снова подняться на более или менее продолжительное время, что было связано с развившимися осложнениями или обострением легочного заболевания.

Степень пораженности дыхательного аппарата воспалительными процессами и геморрагическими фокусами в большинстве случаев настолько очевидно не соответствовала степени ослабления сердечной деятельности, что одним ограничением дыхательной территории легких и, следовательно, затруднением доступа кислорода и накоплением СО2 в крови нельзя объяснить такое тяжелое поражение сердечно-сосудистой системы. Раннее развитие цианоза, иногда только при очень незначительных изменениях в легких, явно противоречило бы такому объяснению. Сопоставляя факты раннего расстройства сердечной деятельности с многочисленными кровоизлияниями и кровотечениями из различных слизистых оболочек, гиперемией мозговых оболочек, кровоизлияниями в мозговую ткань, с изменениями лимфатического аппарата, врачи, наблюдавшие пандемию «испанки», считали, что ее возбудитель (тогда за него принимали бактерию Haemophilus influenzae) обладает сильнодействующими токсинами, которые избирательно поражают систему кровообращения человеческого организма.

Вирус, вызвавший грипп «испанку». J. K. Taubenberger et al. (1997, 2000, 2005) и A. H. Reid et al. (1999, 2000, 2002) установили, что вирус, вызвавший пандемию «испанки», не был «эпидемической новинкой» 1918 г. — его «предковый» вариант «проник» в отдельные человеческие популяции приблизительно в 1900 г. и циркулировал в там почти 18 лет, не вызывая пандемии. Не показано связи этого вируса с вирусами — возбудителями «птичьего гриппа». Например, последовательность НА1-вируса «испанки» отличалась от ближайшего предкового птичьего вируса на 26 аминокислот, в то время как Н2-пандемии 1957 г. и Н3-пандемии 1968 г. различались на 16 и 10 замен, соответственно. Анализ же нуклеотидных последовательностей генов НА показал, что вирус «испанки» проник в популяцию свиней в 1918 г. и циркулировал там не изменяясь, еще не менее 12 лет, не приводя к пандемическим вспышкам гриппа. Этими данными также опровергается теория существования независимых друг от друга свиных и человеческих вирусов гриппа Н1 в период с 1905-го по 1918 г. Вирусы «испанки», циркулировавшие в пандемию 1918–1920 гг. среди людей в разных районах США, практически не отличались друг от друга по структуре генов НА и NA. У вируса, вызвавшего «испанку», не обнаружено никаких мутаций, которые бы объяснили его смертоносность в 1918–1920 гг.

Пандемия Азиатского гриппа. Пандемия гриппа имела две волны (1957 г. и 1959 г.), в некоторых странах, в том числе и в СССР, эти волны делились еще на две. Пандемия началась весной 1957 г., когда в некоторых районах Азии почти одновременно было зарегистрировано резкое увеличение гриппоподобных болезней. Эта эпидемическая волна гриппа в сравнительно короткий период (1–2 месяца) охватила почти все страны Азии. В мае эпидемия проникла в Африку, вызвав здесь сравнительно крупные вспышки в ряде стран. Позднее (июнь — июль) было зафиксировано резкое увеличение гриппоподобных заболеваний в отдельных районах других континентов, в частности в Америке и Австралии. В сентябре и октябре пандемия гриппа широко распространилась в странах Европы и в США. В СССР в марте и апреле 1957 г. регистрировались ограниченные вспышки гриппозных заболеваний в различных географических зонах. Основной подъем заболеваемости гриппом H2N2 (тогда его называли А2) начался в Советском Союзе с первой декады мая. В 1958 г. в странах мира хотя и отмечалась повышенная заболеваемость гриппоподобными инфекциями, однако количество заболеваний было значительно ниже, чем в 1957 г.

Иное развитие получает пандемическая волна 1959 г. В отличие от 1957 г. резкое увеличение заболеваемости гриппом начинается в странах Среднего и Ближнего Востока в конце декабря 1958 г. и в начале января 1959 г. В феврале — марте 1959 г. отмечается заметный подъем заболеваемости гриппом в странах Юго-Восточной Азии. В этот период локальные, но крупные вспышки гриппа были зарегистрированы в Индии, Индонезии и Японии. В мае и июне отмечена высокая заболеваемость гриппом в Австралии, особенно на ее северной территории. В мае эпидемической волной гриппа были охвачены страны Африканского континента. В СССР эпидемия 1959 г. распространилась с юго-востока и к середине января охватила весь Советский Союз и ряд ближайших стран.

При серологическом и вирусологическом обследовании больных было установлено, что эпидемическая волна 1957 г. имела строго моноэтиологический характер, и более 90 % заболеваний было связано с вирусом гриппа H2N2. Во время пандемической волны 1959 г. в значительном проценте (до 30) наряду с вирусом H2N2 был выделен вирус типа В.

Случаи гриппа, клинически и патоморфологически сходного с «испанкой» 1918–1920 гг., были единичными, но тем не менее их наблюдали практически в каждом крупном городе как в 1957-м, так и в 1959 г.

Характерной особенностью таких случаев стало быстрое развитие клиники болезни, приводившее к летальному исходу в течение короткого времени, иногда 1–2 дней, а изредка и нескольких часов от начала заболевания. Как правило, симптомы болезни стремительно нарастали, лечение же оказывалось неэффективным даже при использовании антибиотиков. По обнаруженным морфологическим признакам их делили на две группы. Первая — с преобладанием общих токсических явлений, вызвавших множественные кровоизлияния, дистрофические поражения внутренних органов, отек и полнокровие головного мозга и его оболочек с острыми деструктивными изменениями ганглиозных клеток коры и ствола мозга, при сравнительно слабовыраженном местном легочном процессе. Вторая — с преобладанием местных легочных изменений и в половине случаев имевших характер распространенной геморрагической пневмонии.

Характерной особенностью гриппозного поражения, особенно во время второй волны эпидемии 1959 г., стало быстрое развитие болезни, зачастую приводившее к летальному исходу в течение одного-двух дней, а изредка и нескольких часов от ее начала, что напоминало «токсические случаи» пандемии гриппа 1918–1920 гг.

Также как и при «испанке», во время пандемии Азиатского гриппа далеко не всегда клинические данные о скоропостижной смерти совпадали с патоморфологическими изменениями, обнаруживаемыми на секции. В большинстве случаев патологоанатомы не имели морфологических доказательств «острого, токсического течения гриппа». На вскрытии в легких во многих случаях не удавалось обнаружить пневмонические очаги, а в остальных была картина мелкоочаговой пневмонии с геморрагиями на фоне отека и полнокровия легочной ткани. В мозгу и внутренних органах отмечались сходные изменения (отек, полнокровие, периваскулярные геморрагии), а в клинике наблюдалась картина резкой «интоксикации» с энцефалитическими симптомами. Большая часть таких случаев относилась к детям раннего возраста.

Общие человеческие потери в пандемию Азиатского гриппа достигли одного миллиона человек (Смородинцев А. А., 1971).

Пандемия Гонконгского гриппа (1968–1970 гг.). Пандемия развивалась тремя волнами (1968-й, 1969-й и 1970 гг.) и была вызвана вирусом нового серотипа H3N2. После первых сообщений о новом вирусе эпидемиологи ожидали быстрого распространения серьезной эпидемии глобального масштаба, такой, как эпидемия, вызванная в 1957 г. вирусом гриппа H2N2. Сначала это казалось весьма вероятным. Болезнь появилась в Сингапуре в начале августа и к сентябрю она уже распространилась на другие сопредельные страны, в частности на Индию и северные территории Австралии, но в большинстве районов грипп носил клинически легкую форму, хотя распространился довольно широко. Осенью 1968 г. новый вирус появился в Европе, но и там до начала зимы не было зарегистрировано ни одной большой вспышки. Наиболее опасной была вторая волна пандемии, во время других обычно не отмечали сколько-нибудь значительного повышения смертности.

Сообщения о высокой смертности заболевших гриппом людей во время первой волны пандемии поступали в основном из горных районов Папуа и Новой Гвинеи.

Третья волна пандемии дала о себе знать в конце 1970 г. Затем эпидемические волны резко пошли на убыль. Отмечалась тенденция к увеличению легких форм гриппа и снижению тяжелых форм в последние вспышки 1970–1971 гг.

Феномен «испанки», как и в предыдущую пандемию, встречался отдельными «гнездами». В России он обратил на себя внимание врачей в Куйбышевской области. В отличие от других регионов России пандемия гриппа там не воспринималась как «легкая». По данным Л. В. Захаровой (1970), смертность от гриппа в области в эпидемию 1969 г. была в 33 раза выше, чем в эпидемию 1967 г. Особенно высокой смертность была в разгар эпидемии среди детей первых лет жизни.

Пандемия Русского гриппа (1977–1978 гг.). К концу 1970-х гг. ученым казалось, что о вирусе гриппа и об эпидемиях, им вызываемых, они знают все, или почти все. Новые пандемические вирусы никого не удивляли, их появление пытались даже моделировать с помощью компьютера. Но возвращение в ноябре 1977 г. вируса гриппа H1N1, сходного по антигенной структуре с вирусом, уже циркулировавшим в мире в 1918–1956 гг., стало для современников неожиданным явлением.

С самого начала этой пандемии в «гонке по континентам» не оказалось лидера среди серотипов вируса. В начале 1978 г. вирусы серотипа H3N2 (А/Техас/1/77 и А/Виктория/З/75) вызвали эпидемии в Европе, Африке и Азии, а на американском континенте (США, Канада) обосновался вирус гриппа серотипа H1N1. В марте во всех странах Европы и Северной Америки наступило снижение заболеваемости. Причем в это время во многих странах изолировали одновременно штаммы вирусов гриппа A (H1N1), A/Texac/l/77(H3N2) и реже штаммы А/Виктория/З/75 (H3N2). В СССР в осенне-зимний период 1977–1978 гг. этиологическая структура гриппа была смешанной. Если в сентябре 1976-го — апреле 1977 гг. грипп был вызван двумя типами вируса (H3N2 и В), то в те же месяцы 1977–1978 гг. грипп был обусловлен его тремя серотипами (H1N1, H3N2, В).

По поражаемому контингенту и серотипу вируса, вовлеченного в пандемическое распространение, пандемия Русского гриппа напоминал пандемию «испанки» 1918–1920 гг., однако ее последствия были уже иными.

Первая особенность этой пандемии выявлена при анализе заболевшего гриппом контингента. При распределении больных в нарастающем итоге по всем возрастным группам было установлено, что дети до 2 лет составили 10 % больных, до 6 и 14 лет — 22 и 43 %, соответственно, а лица до 25 лет — 73 %. Эти данные указывают на то, что подавляющее число заболевших в эпидемию 1977–1978 гг. приходилось на людей в возрасте до 20 лет, т. е. на ту часть населения, которая не имела контакта с вирусами гриппа серотипа H1N1, исчезнувшими из циркуляции более 20 лет тому назад. Напротив, лица старше 30 лет составили только 20 % больных, хотя их доля в общей численности населения превышает 50 %, т. е., учитывая низкую заболеваемость в эту эпидемию вообще, люди зрелого и пожилого возраста, имевшие в прошлом контакт с вирусами гриппа H1N1, практически не болели.

Второй особенностью пандемии было сравнительно легкое течение болезни. Так, в 57,8 % случаев оно было легким и в 42,2 % — средней тяжести. Тяжелых форм с выраженной «интоксикацией» не наблюдали. В первую волну эпидемии гриппа, вызванную вирусом H3N2, в 1969 г. на тех же контингентах больных эти же исследователи наблюдали: 24 % легкой и 55 % среднетяжелой и 21 % тяжелой степени заболевания гриппом.

Третьей особенностью пандемии было небольшое количество свойственных гриппу осложнений. Даже геморрагические осложнения в пандемию 1977–1978 гг. были редкостью — не более чем у 3 % стационарных больных.

Подводя итоги эпидемии гриппа H1N1 1977–1978 гг. в СССР, Г. И. Карпухин с соавт. (1979) пришли к парадоксальному заключению, что, несмотря на резкую смену антигенной природы эпидемически актуальных возбудителей, рассматриваемая эпидемия оказалась вполне заурядной и даже наименее интенсивной среди всех прошедших в последние 20 лет эпидемий гриппа. Ее наиболее важной особенностью явился сдвиг возрастного распределения больных в сторону преобладания молодых людей, что объясняется только влиянием иммунологических факторов.

Грипп между пандемиями. Этиология гриппа после пандемии Русского гриппа продолжает характеризоваться выраженной гетерогенностью циркулирующих в популяциях людей штаммов вируса (два подтипа вируса А — H1N1 и H3N2 с несколькими антигенными разновидностями, два варианта вируса типа В и вирус типа С). По данным В. Т. Ивановой с соавт. (2006), вирусологические и серологические исследования материалов от больных и доноров показали, что в России, как и во всем мире, в эпидемическом сезоне 2003–2004 гг. циркулировал вирус гриппа А (H3N2), подобный эталонному штамму А/Фуцзянь/411/02. Значительно реже встречались вирусы серотипа А (H1N1) и В.

В силу массовости охвата населения пандемиями гриппа, воздействие вируса гриппа на генотипическое разнообразие популяций людей должно быть более выражено, чем при пандемиях чумы и холеры. К тому же люди, переболевшие гриппом, в течение почти двух десятилетий сохраняют иммунитет к штамму, вызвавшему пандемию. Поэтому механизмы ограничения пандемий гриппа могут включать не только прекращение активности его природных очагов, но и формирование глобальных иммунных и генетически-резистентных популяций людей. Какой из двух последних факторов является доминирующим в прекращении пандемий гриппа, еще предстоит выяснить. Наблюдения над пандемиями гриппа в ХХ в. дают основания говорить о возможности глобальной многолетней цикличности пандемий гриппа. После пандемии 1918–1920 гг. каждая последующая пандемия гриппа, вне зависимости от типа или серотипа вызвавшего ее вируса (или вирусов), сопровождалась меньшим количеством осложнений, характерных для «испанки», и меньшей смертностью населения, чем предыдущая, что подтверждает выдвинутое нами ранее положение о связи появления осложнений гриппа типа «испанки» с накоплением генотипов людей, высокочувствительных к вирусу гриппа (Супотницкий М. В., 2005). Глобальное снижение восприимчивости населения к вирусу гриппа проявило себя ростом количества циркулирующих на отдельных территориях типов и подтипов вируса, неспособных к «вытеснению» друг друга. Следовательно, в настоящее время мы имеем дело с «хвостом» цикла активизации пандемий гриппа, начало которого уходит в XIX в.

Стадии эпидемических монопроцессов циклического типа. Эпидемии такого типа обычно ассоциируются у людей с морами или поветриями, т. е. с появлениями на отдельных территориях различных инфекционных болезней, уносящих в относительно короткие сроки сотни и тысячи жизней (чума, холера, натуральная оспа и др.). К ним же относятся эпидемии (вспышки) менее смертельных болезней самой различной этиологии, такие как грипп, корь, краснуха, малярия, гепатит А, туляремия, бруцеллез и др., но в массовом сознании фиксируются как начало такой эпидемии (вспышки), так и ее прекращение. Принципы типизации таких эпидемических процессов изложены Б. Л. Черкасским (2001). Он делит их группы на основе следующих частных критериев: характера заболеваемости во времени; ведущего пути передачи возбудителя; условий инфицирования людей; экологической специфики животных — основных хозяев и переносчиков возбудителя инфекционной болезни. В данной работе эти процессы не разделяются на группы на основе частных критериев, а, наоборот, объединяются в пределах одного процесса, имеющего общие для частных эпидемических процессов типовые периоды (рис. 68).

Рис. 68. Схематическое изображение типовых периодов эпидемического процесса, вызванного микроорганизмом, использующим первую стратегию паразитизма (за основу взята схема Бакулова И. А. с соавт., 1997)

Межэпидемическаястадия. Это период видимого эпидемического благополучия. Болезнь, как правило, уже имеет описание в руководствах по эпидемиологии, противоэпидемические мероприятия разработаны при ее предыдущих появлениях. Ее отсутствие в эпидемических сводках рассматривается как «победа человеческого разума». Среди «ликвидированных» болезней сегодня числятся чума, холера, проказа, натуральная оспа. Единственное, на что обращают внимание врачи в этом периоде эпидемического процесса, — на постепенно увеличивающиеся случаи осложнений от вакцинаций, выполненных хорошо зарекомендовавшими в эпидемические годы вакцинами. Обычно такие события вызывают общественный резонанс и требования различных неправительственных организаций «отменить прививки вообще».

Предэпидемическаястадия. При эпидемической настороженности (например, в природном очаге возбудителя болезни) ее первые типичные случаи служат сигналом для проведения профилактических мероприятий, направленных на разрыв эпидемической цепочки (выявление источника возбудителя инфекции, механизма его передачи и специфическое повышение устойчивости организма реципиента путем вакцинации). Единичные случаи болезни привлекают большое внимание со стороны противоэпидемических служб, СМИ. На их ликвидацию бросаются огромные силы и средства, и обычно подавляют «героическими усилиями врачей». Эпидемия вызывается одним микроорганизмом и протекает как монопроцесс, поэтому все усилия эпидемиологов и врачей-инфекционистов сосредоточиваются на противодействии одному возбудителю инфекционной болезни.

Стадия развития («разгара») эпидемии. Население и власти осознают опасность эпидемической ситуации и активно противодействуют эпидемии. На этой же стадии эпидемического процесса начинается элиминация носителей отдельных вариаций генов среди людей, которые вне эпидемического процесса могли бы рассматриваться как носители нейтральных мутаций. При контакте с возбудителем инфекционной болезни такие мутации становятся селективными, и их носители подпадают под действие естественного отбора (рис. 69).

Рис. 69. Схематическое изображение соответствия локализации хромосомных локусов чувствительности к возбудителям инфекционных болезней у людей.

Цифрами обозначен порядковый номер хромосомной пары; Х — Х-хромосома; Y — Y-хромосома. Буквенным обозначением показаны локусы, соответствующие повышенной восприимчивости человека к возбудителям: А — шистозомиаза; В — малярии; H, D, C — лепры; F, E и J — туберкулеза; G — туберкулеза и лепры; I — кала-азара. Объяснение в тексте. По А. Frodshan, А. Hill (2004)


Подробно о механизмах генетической устойчивости (восприимчивости) к возбудителям инфекционных болезней см. в работах J. McNicholl (1997); А. Hill (1999); S. Marquet, E. Schurr (2001); A. Frodshan, A. Hill (2004). В табл. 19 охарактеризованы основные гены человека, прямо или косвенно способствующие повышению его восприимчивости или, наоборот, резистентности к возбудителям инфекционных болезней, использующим разные стратегии паразитизма. Так как восприимчивость (резистентность) к возбудителю инфекционной болезни человеческой популяции или этнической группы всегда носит полигенный характер и определяется частотами встречаемости генов, то на стадии «разгара» эпидемии наблюдается множество переходных вариантов одной патологии между типичными формами проявления инфекционной болезни (рис. 70).

Таблица 19. Вариации генов человека, способствующие повышении его восприимчивости или, наоборот, резистентности к возбудителям инфекционных болезней[25]

Ген(ы) | Вариант(ы