Издательство «Альпина нон-фикшн» представляет книгу Карла Циммера «Планета вирусов» (перевод Марии Елифёровой).
Вирусы — самые крошечные существа, известные науке, тем не менее в их подчинении вся наша планета. Каждому человеку хорошо известны вирусы простуды и гриппа, вместе с тем бывают вирусы, способные вызывать самые причудливые заболевания — вроде такого, например, когда на коже человека развиваются древовидные наросты. Вирусы не просто часть нашей жизни: человеческий геном содержит больше их генетического материала, чем наших собственных генов. Между тем ученые продолжают обнаруживать вирусы повсюду: в почве, в океане, даже в пещерах глубиной в тысячи метров. Эта удивительная книга знакомит с тайным миром, в которым все мы обитаем. Опираясь на новейшие исследования, популярный научный журналист Карл Циммер рассказывает, как вирусы управляют нашими жизнями и биосферой, как они дали толчок развитию первых форм жизни на земле и как они будут предопределять наши судьбы в дальнейшем.
Предлагаем прочитать начало одной из глав книги.
Стать американцем
Глобализация вируса лихорадки Западного Нила
Летом 1999-го стали дохнуть вороны.
Трейси Макнамара находилась на территории Бронксского зоопарка, где она работает ведущим специалистом, когда заметила валяющихся на земле дохлых ворон. Ей не раз приходилось иметь дело со смертью и болезнями животных, и она поняла, что это дурной знак. У нее возникло опасение, что по всему Нью- Йорку в популяциях диких птиц распространяется какой-то новый смертельный вирус. Если вороны подхватили этот вирус, они могут заразить всех птиц в зоопарке.
В канун Дня труда сбылись ее худшие страхи. Внезапно умерли три чилийских фламинго. За ними — гималайский монал, белоголовый орлан и баклан. Список жертв мора в зоопарке рос, в него попали черноклювые сороки, кваква, ацтекская чайка, серобрюхий трагопан, бронзовокрылые утки и полярная сова.
Пока работники зоопарка приносили Трейси очередных мертвых птиц, она препарировала тушки, чтобы отыскать связующее звено между их смертями. У всех птиц были одинаковые симптомы инфекции, вызвавшей кровоизлияние в мозг. Но Макнамара не смогла установить, какой патоген виноват в этом, поэтому отослала образцы тканей в государственные лаборатории. Их специалисты проводили анализ за анализом на различные патогены, которые могли привести к заболеванию. Шли недели, результаты анализов оставались отрицательными.
Тем временем врачи соседнего округа Куинс тоже начинали тревожиться. Среди местных пациентов наблюдалась вспышка энцефалита — воспаления мозга. Обычно во всем Нью- Йорке бывает в среднем девять случаев в год, но в августе 1999 г. врачи Куинса диагностировали восемь случаев за одни только выходные. Лето шло на убыль, а новые случаи всё продолжали выявляться. Некоторые пациенты болели так тяжело, что их парализовало, девять человек к сентябрю умерли. Предварительные анализы указывали на вирусное заболевание, известное как энцефалит Сент-Луис. Но при последующих анализах результаты предыдущих не воспроизвелись.
Пока врачи пытались разобраться в причинах вспышки у людей, Макнамара наконец разрешила свою загадку. Национальной лаборатории ветеринарных служб в штате Айова удалось культивировать вирусы из образцов ткани погибших в зоопарке птиц, которые туда прислала Макнамара. Они были сходны с вирусом энцефалита Сент- Луис. Макнамара задалась вопросом, не косит ли людей и птиц один и тот же патоген. Но внешнего вида было недостаточно, требовалось узнать о вирусах больше.
Макнамара убедила CDC провести анализ генетического материала вирусов. И 22 сентября ошеломленные специалисты CDC обнаружили, что птицы заражены не энцефалитом Сент-Луис, а экзотическим патогеном — вирусом лихорадки Западного Нила. Этот вирус, открытый в Уганде в 1937 г., был известен случаями заражения птиц и людей в различных областях Азии, Европы и Африки. Но встретить его в Бронксе Макнамара и другие исследовали никак не ожидали. Ведь прежде он никогда не объявлялся в Западном полушарии.
Тем временем работники здравоохранения, ломавшие головы над нью-йоркскими случаями энцефалита, тоже решили, что настало время расширить круг поисков. Две группы ученых — одна в CDC, другая под руководством Яна Липкина, работавшего тогда в Калифорнийском университете в Ирвайне, — выделили из человеческих вирусов генетический материал. Оказалось, что это тоже вирусы лихорадки Западного Нила. Прежде ею не болел ни один человек ни в Северной, ни в Южной Америке.
В США обитает много вирусов, вызывающих заболевания у человека, — одни издавна, другие с недавних пор. Когда около 15 000 лет назад первые люди заселили Западное полушарие, они принесли с собой папилломавирусы и ряд других. В XVI в. свежая волна инфекций обрушилась на Новый Свет вместе с европейцами. Миллионы индейцев погибли от непривычных вирусов вроде гриппа и натуральной оспы. В последующие века вирусы все прибывали. В 1970-е гг. в США пришел ВИЧ, а в конце XX в. одним из новейших иммигрантов в Америке стал вирус лихорадки Западного Нила. С тех пор он комфортно обустроился на новой родине. За первые двадцать лет в США вирус лихорадки Западного Нила обосновался практически во всех штатах, поразил около 7 млн человек, вызвал 2300 смертей и, похоже, в ближайшем будущем не собирается сдавать позиций.
Вирус лихорадки Западного Нила распространяется не воздушно-капельным путем, как грипп, и не через выделения, как ВИЧ. Он разносится через укусы комаров. Когда комар садится на человека, он вводит в кожу свой хоботок, словно шприц. Прежде чем засосать кровь, вначале он впрыскивает в ранку ферменты из своих слюнных желез. Если комар несет вирус лихорадки Западного Нила, то патоген также попадет в кожу.
Попав в организм хозяина, вирус пробирается сквозь кожу, пока не набредет на иммунную клетку. У большинства людей на этой встрече инфекция и заканчивается. Около 80 % заразившихся лихорадкой Западного Нила вообще не заболевают. Причем, даже не ощутив симптомов, они вырабатывают эффективные антитела, защищающие их от инфекции в дальнейшем.
Для остальных 20 % знакомство с лихорадкой Западного Нила не проходит так быстро и бесследно. Иммунные клетки, предназначенные для уничтожения вируса в кожных тканях, заражаются им сами. Некоторые из них попадают в лимфатические узлы, где вирус получает возможность распространяться от клетки к клетке. Затем инфицированные клетки выходят из узла и распространяются по всему организму. При серьезном поражении вирусом лихорадки Западного Нила возможны повышение температуры, головная боль, слабость или рвота. Эти симптомы обычно проходят после того, как иммунная система наконец справляется с инфекцией, но примерно у 1 % зараженных — обычно в возрасте старше 50 лет — вирус добирается до мозга. Он может атаковать нейроны и убивать их, а может натворить еще больше бед, спровоцировав воспалительный иммунный ответ.
При всем ущербе, который вирус лихорадки Западного Нила способен нанести человеческому организму, люди не имеют значения для его долгосрочного выживания. Даже при самых тяжелых случаях у нас не вырабатывается достаточно новых вирусов, чтобы их подхватил кусающий нас комар. Иными словами, для вируса лихорадки Западного Нила мы тупиковые хозяева — как и собаки, лошади, белки и множество других видов млекопитающих. Но в птичьем организме за считаные дни после комариного укуса вирус способен наплодить миллиарды себе подобных.
Чтобы восстановить историю вируса лихорадки Западного Нила, ученые поступили с ним так же, как с ВИЧ и другими вирусами, — проанализировали его гены. Исследования дают основания полагать, что впервые он возник у птиц в Африке . Затем в ходе миграций птицы разнесли его на другие континенты, где он заражал новые виды. При этом вирус лихорадки Западного Нила взялся и за людей.
Во время эпидемии 1996 г. в Румынии лихорадкой Западного Нила в Бухаресте заболели 96 000 человек, 17 человек умерли. Впоследствии у жителей этих регионов сформировался иммунитет к вирусу*. На смену взрывным вспышкам пришел более низкий и постоянный уровень заражений.
Удивительно, что вирус лихорадки Западного Нила так долго щадил США . Генетические вариации вируса в стране указывают на то, что впервые он попал туда в 1998 г. и несколько месяцев оставался незамеченным — до вспышки в Нью-Йорке. Все американские штаммы вируса лихорадки Западного Нила очень напоминают образец, выделенный в 1998 г. у погибшего гуся в Израиле. Некоторые специалисты предполагают, что какая-то зараженная птица попала с Ближнего Востока в Нью-Йорк через контрабандную торговлю животными. Другие размышляют, не мог ли попасть на борт самолета комар — носитель вирусов.
Какое бы животное ни занесло вирус в США, там ему досталось изобилие новых хозяев, что сулило процветание. Вирус лихорадки Западного Нила обнаружился у 62 видов комаров, исконно обитающих в США, и у 300 видов местных птиц. Некоторые птицы, в частности воробьи и странствующие дрозды, оказались особенно подходящими инкубаторами. Передаваясь от птиц к комарам и снова к птицам, вирус лихорадки Западного Нила распространился по всей территории США за каких-то четыре года. А из США он вскоре двинулся на север в Канаду и на юг в Бразилию и Колумбию.
Как только вирус прибыл в Западное полушарие, у него установился регулярный цикл. Весной птицы выводят новое поколение птенцов, беззащитных перед несущими вирус комарами. Процент зараженных птиц в течение лета растет, и всё больше комаров, кусая их, подхватывают инфекцию. Затем эти комары кусают людей, которые в теплый сезон проводят больше времени на открытом воздухе, и заражают их лихорадкой Западного Нила.
Осенью, с понижением температуры, на большей части территории США комары гибнут и вирус перестает распространяться. Пока еще достоверно неизвестно, как вирус переживает зиму. Возможно, популяция вируса сохраняется на юге, где климат не столь суров по отношению к насекомым-хозяевам. Возможно также, что комары, откладывая яйца, награждают вирусом свое потомство. Перезимовав, зараженные личинки вылупляются из яиц — и новое поколение готово дальше передавать вирус новым птицам.
Из-за жизненного цикла вируса лихорадки Западного Нила бороться с ним особенно трудно. Против него бесполезны меры, способные остановить другие вирусы. Мытье рук и школьные карантины помогают замедлить распространение гриппа, поскольку единственный путь попадания вируса к новым хозяевам — воздушно-капельный, через выделения из носов и ртов больных. Но вирус лихорадки Западного Нила активно передают новым хозяевам голодные комары. В некоторых округах пытались бороться с лихорадкой Западного Нила, распыляя пестициды в местах размножения комаров, но извести насекомых полностью не удалось, да и для окружающей среды это вредно.
Кроме того, борьбу с вирусом лихорадки Западного Нила затрудняет то, что человек для него — тупиковый хозяин. Многие виды вирусов, такие как вирусы оспы или папилломы человека, приспособлены исключительно к нашему виду и не способны выживать в других организмах. Но вирус лихорадки Западного Нила успешно переносят многие виды птиц. Даже если врачи сумеют избавиться от каждого вируса лихорадки Западного Нила в человеческой популяции, миллиарды птиц будут производить новые партии, а комары — доставлять их нам.
К несчастью для заболевших, противовирусного препарата, способного вылечить лихорадку Западного Нила, всё еще не существует. Нет и вакцины, одобренной к применению для людей. Когда вирус впервые объявился в США, несколько производителей вакцин приступили к испытаниям. Им удалось продемонстрировать, что некоторые вакцины безопасны и способствуют выработке антител к вирусу лихорадки Западного Нила. Однако затраты на проведение широкомасштабных испытаний и предъявляемые к ним требования оказались слишком высоки, чтобы оправдать потенциальную пользу. Лошадям повезло больше: у ветеринаров есть для них эффективные вакцины. Даже редкие виды птиц, такие как калифорнийский кондор, получили прививки, защищающие их от вируса. Нам, людям, похоже, придется подождать.
* По оценкам, антитела к вирусу есть примерно у 4 % населения Румынии (и, например, у 5,8 % жителей Греции (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3832368/), где тоже была вспышка). Этого недостаточно для коллективного иммунитета. Точные причины, почему вирус ведет себя по-разному в разные годы (например, в Румынии была еще одна вспышка в 2010 г., но там Бухарест не был так затронут), неясны. Возможно, дело в изменениях жизнеобитания комаров и циркуляции вируса в них. — Прим. науч. ред.