Вирусы. Откуда они берутся, как передаются людям и что может защитить от них
Андерс Фомсгорд
Наука, сэр! Медицинский нон-фикшн для ума и тела
Любой человек наверняка не раз испытал воздействие вирусов. Оно может проявляться в виде легкой простуды или изнуряющего гриппа, а может вызвать острый приступ геморрагической лихорадки Эбола или Зика, тяжелый острый респираторный синдром (ТОРС), птичий грипп, или СПИД, как в 80-е годы XX века. Автор книги, ученый-вирусолог, решил представить вашему вниманию наиболее важные патогенные вирусы. Вы можете выбрать для изучения главу о конкретном возбудителе, интересующем вас, или читать все подряд.
В формате PDF A4 сохранен издательский макет.
Андерс Фомсгорд
Вирусы. Откуда они берутся, как передаются людям и что может защитить от них
Anders Fomsgaard
DET ER BARE EN VIRUS
Copyright © Anders Fomsgaard, 2019
© Жиганова В.В., перевод на русский язык, 2020
© Давлетбаева В.В., художественное оформление, 2021
© Оформление. ООО «Издательство «Эксмо», 2021
Предисловие
Они окружают нас повсюду. Вирусы – микроорганизмы, которые вторгаются в живые клетки и используют их для размножения. Без наших клеток эта инфицирующая субстанция не более чем безжизненная частица, не имеющая собственного метаболизма. Вирусы оказывают влияние на всю экосистему, они заражают людей, животных, растения, даже амеб и бактерий. Большинство из них абсолютно безобидны, но некоторые вызывают опасные заболевания. Именно с этой частью семейства этих клеток нам и предстоит познакомиться в последующих главах: с настойчивыми, неизлечимыми, высокозаразными и самыми удивительными патогенами. С теми, что поражают людей. Знание о них является для нас жизненной необходимостью.
Любой человек наверняка не раз испытал воздействие вирусов. Оно может проявляться в виде легкой простуды или изнуряющего гриппа, а может вызвать острый приступ геморрагической лихорадки Эбола или Зика, или тяжелый острый респираторный синдром (ТОРС), или птичий грипп, или СПИД, как в 80-е годы XX века. Ваши дети, несомненно, успели не раз переболеть инфекциями и в свое время были привиты от множества из них. Да и вы сами, скорее всего, получили вакцину от гепатита или бешенства, а может, и от таких редких в наших краях возбудителей, как вирус желтой лихорадки и японского гепатита, если вы посещали экзотические страны. В последнее время специалисты отмечают, что глобальные изменения климата способствуют перемещению к границам Северной Европы множества вирусов (особенно тех, что переносят комары и другие насекомые), прежде не свойственных этим географическим областям. Многие, например, стали всерьез тревожиться в связи с распространением заболеваний, переносимых клещами. Именно вирусы провоцируют развитие некоторых видов рака – таких, как рак шейки матки и лейкемия. А еще почти все мы являемся носителями различных типов герпеса, которые, к счастью, редко дают о себе знать. Таким образом, некоторыми знаниями о вирусах обладает каждый из нас.
При этом очень немногие знакомы с исследователями в области медицины и профессиональными сообществами специалистов, которые непрестанно трудятся над уменьшением ущерба, наносимого вредоносными возбудителями. О них также будет рассказано в этой книге.
Я описываю реальные события с точки зрения врача, вирусолога и простого человека.
Изменения климата способствуют перемещению множества вирусов (особенно тех, что переносят комары и другие насекомые).
Содержание книги основано на моих дневниковых записях, воспоминаниях и разговорах с друзьями и коллегами из ближнего и дальнего окружения, а также членами моей семьи. Я воспроизвожу их в соответствии с возможностями собственной памяти. Опытные эксперты, ученые и исследователи, отечественные и зарубежные, оказали мне неоценимую помощь в исправлении профессиональных и фактических неточностей. Тем не менее я должен подчеркнуть: если, несмотря на все предпринятые усилия, в тексте обнаружатся ошибки, это целиком и полностью является моим личным упущением.
Во введении описан мой собственный путь к профессиональной борьбе с инфекционными заболеваниями. В последующих главах рассказывается о различных вирусах вне хронологической соотнесенности с моей биографией. Я решил представить вашему вниманию наиболее важные патогенные вирусы, которые имеет возможность исследовать врач практически любой вирусной лаборатории, – так называемое основное меню. Вы можете выбрать для изучения главу о конкретном возбудителе, интересующем вас, или читать все подряд.
20 вопросов вирусологу
1. По какому принципу вирусам даются названия?
Зачастую они носят название болезни, возбудителями которой являются, как, например, вирус кори. В научной среде широко применяются сокращения от англоязычных названий – как в случае вируса клещевого энцефалита – Tick-borne encephalitis virus, или TBEV. Кроме того, патоген может быть назван по местности или географическому объекту, рядом с которым он был обнаружен (вирус Эбола – по названию реки).
Теперь немного об орфографии. Если в названии фигурирует имя собственное, только оно пишется с заглавной буквы (например, вирус Эпштейна – Барр). Для научных латинских обозначений действует другое правило: названия видов пишут курсивом, первое слово в названии – с заглавной буквы, все другие слова со строчной, кроме имен собственных. Если же для обозначения используется аббревиатура, все буквы в ней заглавные (ВИЧ – вирус иммунодефицита человека, ВЭБ – вирус Эпштейна – Барр), как и в названии заболевания (СПИД – синдром приобретенного иммунодефицита).
2. Размер вирусных клеток настолько мал, что их невозможно увидеть без специального оборудования. И все-таки насколько они малы?
Если представить обычную клетку организма в виде арбуза, бактерия окажется сопоставима с апельсином, а вирус – с горошиной. Размер этого типа клеток измеряется в нанометрах (один нанометр – миллиардная часть метра). Например, вирус полиомиелита имеет в диаметре 30 нанометров. Большинство из них невозможно разглядеть даже в обычный световой микроскоп, для их изучения необходимы мощные электронные микроскопы.
Вирусы выглядят по-разному: один напоминает по форме симметричный спутник с антеннами, другой больше похож на длинную макаронину, третий – и вовсе на обувную коробку.
3. Как были открыты вирусы?
Вирус впервые был обнаружен в 1892 году русским микробиологом Дмитрием Иосифовичем Ивановским (1864–1920). Он заметил некие «инфекционные агенты», которые просочились сквозь фильтр, задержавший бактерии. Эти микроскопические частицы должны были быть гораздо мельче бактерий, раз им удалось проскочить через достаточно плотную преграду. Мельчайшему носителю инфекции было дано название «вирус», что в переводе с латинского обозначает «яд».
4. Является ли вирус живым организмом?
Нет, он не живой. Живой организм обладает способностью к размножению, которая отсутствует у вируса. Он полностью зависит от клетки-хозяина, в которую вторгается. Поэтому его нельзя отнести к формам жизни.
Вирус представляет собой безжизненную протеиновую (белковую) оболочку, внутри которой заключен генетический материал – ДНК или РНК. Но лишь до тех пор, пока он не попадет в клетку-хозяина, инициировав интересные процессы. Оказавшись в живой клетке, вирус при помощи генетического кода берет на себя управление ее деятельностью и диктует последовательность дальнейших процессов, то есть приступает к формированию собственных протеинов и энзимов и реплицированию ДНК и РНК, создавая множество собственных копий.
5. Как разобраться в многообразии вирусов?
Все вирусы делятся на две группы: ДНК- и РНК-вирусы. У возбудителей, с незапамятных времен являющихся нашими спутниками, генетическая информация хранится в виде ДНК, у новых, еще не совсем приспособившихся к организму человека, – в виде РНК[1 - В настоящее время считается, что первыми были РНК-содержащие структуры (рибозимы).]. Кроме того, важно иметь представление о том, есть ли у конкретного патогена внешняя липидная (жировая) мембрана, которая называется суперкапсид. Если вирус покрыт ей, для его уничтожения, скорее всего, будет достаточно мыла или спиртового геля, которым обрабатывают руки. Помимо этого, полезно знать, какие именно клетки он поражает, так как именно эта информация подсказывает нам, какие болезни он может вызвать. Например, вирус гепатита негативно влияет только на клетки печени и, следовательно, приводит к заболеваниям этого органа. Вирусы подразделяются на семейства, внутри которых у каждого отдельно взятого представителя есть свое название – например, вирус гриппа или вирус Зика (см. краткий обзор вирусов в конце издания).
6. Где можно найти вирусы?
Они повсюду. Например, в капле воды содержится несколько миллионов вирусных клеток, а в легких человека можно обнаружить более 170 их различных видов. К счастью, лишь небольшая их часть способна вызывать заболевания. На современном этапе развития науки мы обнаружили лишь ничтожно малую долю всего разнообразия вирусов, встречающихся на планете. Большинство еще не изучено. При этом нам пока не удалось установить, как именно воздействуют на живые организмы 90 % обнаруженных возбудителей.
7. Всегда ли вирус вызывает заболевание?
Нет. Большинство случаев инфицирования проходит бессимптомно или вызывает легкое недомогание, сопровождающееся симптомами обычной простуды. Однако существуют заболевания, которые протекают гораздо тяжелее. Многие из них очень серьезны и могут даже оказаться смертельными. У одних людей болезнь проходит в более агрессивной форме, нежели у других, в зависимости от степени заражения, возраста больного, иммунитета, сделанных на момент заболевания прививок, а также совокупности хронических болезней.
8. Каким образом можно понять, что заразились вирусом?
Широко распространенные острые инфекционные заболевания начинаются внезапно. Обычно я задаю вопрос: «Во сколько вы почувствовали себя плохо?» И если больной может сказать более или менее точное время, например «в половине второго», то виновником недомогания, скорее всего, является именно вирус. Большинство острых инфекций без осложнений проходит за 5–10 дней. Если заболевание развивается постепенно или не проходит в течение достаточно короткого срока или происходит ухудшение состояния больного, источником неприятностей, вероятнее всего, можно считать бактерию.
9. Почему насморк иногда не проходит всю зиму?
На свете существует огромное количество вирусов, поражающих дыхательные пути и проявляющихся в простудной или даже гриппозной симптоматике. Дети зачастую встречаются с инфекцией впервые, и потому иммунитет не может защитить от нее. Следует отметить, что ни у детей, ни у взрослых не успевает выработаться иммунитет против всех возбудителей подобного рода. И даже когда он уже есть, то, к сожалению, не является устойчивым. Именно поэтому невозможно разработать вакцины, которые защищали бы от всего многообразия простудных заболеваний. Зимой мы проводим много времени в помещении, тесно общаемся и легко передаем инфекцию при прямом контакте или через прикосновение к зараженным поверхностям. Воздушно-капельный путь играет гораздо большую роль в распространении вирусов, чем предполагалось ранее. В зимний период воздух, как правило, суше, чем в теплое время года, и микроскопические капли, содержащие вирус, гораздо дольше не оседают. Кроме того, в большинстве случаев человек становится заразным задолго до того, как почувствует первые симптомы болезни. Не зная о том, что вы являетесь источником инфекции, сложно избежать заражения окружающих. Все вышеперечисленные факторы способствуют активизации вирусных инфекций именно в зимний период.
10. Воздействуют ли на вирусы антибиотики?
Нет, антибиотики эффективны лишь против бактерий, которые существенно отличаются от клеток нашего организма. Поэтому в этом случае гораздо проще обнаружить слабые места и биологические механизмы, присущие исключительно им, и направить против них действие препарата. С вирусами ситуация обстоит гораздо сложнее. Они вторгаются внутрь клеток организма и используют наши собственные биологические механизмы для воспроизводства все новых и новых собственных копий. Трудно изобрести лекарство, которое разрушало бы вирус, не влияя одновременно на клетки нашего тела. Тем не менее вакцины, способные предотвратить инфицирование, уже изобретены. Существуют также противовирусные препараты, которые помогают бороться со многими патогенами.
11. Правда ли, что в организме каждого человека есть вирусы?
Да. Приблизительно 8 % ДНК любого человека составляют эндогенные ретровирусы. Они способны преобразовывать собственную РНК в ДНК внутри клеток организма, а затем внедрять ее в наши хромосомы. Таким образом, клетка оказывается навсегда инфицированной. И вирус наследуется нашими детьми и внуками. Некоторые эндогенные ретровирусы существовали на Земле задолго до того, как более 500 миллионов лет назад из «первичного бульона» появился человек, и сохранялись в нашем геноме все это время вплоть до современности. Тогда как остальные патогенные[2 - Патоген – любой микроорганизм (включая грибы, вирусы, бактерии), способный вызывать патологическое состояние (болезнь) другого живого существа.] и непатогенные вирусы, провоцирующие острые и хронические заболевания, являются более или менее временными постояльцами в разных частях нашего организма: кишечнике, крови, мозге, нервной системе, коже. Получается, что эндогенные ретровирусы со своим геномом являются в некотором роде частью нашей индивидуальности.
12. Может ли вирусное заболевание приобрести хроническую форму?
У вирусов (здесь мы не говорим о ретровирусах, унаследованных от родителей) существуют разные возможности обосноваться в нашем организме надолго и стать причиной хронического заболевания. Крупные ДНК-вирусы, как, например, различные типы герпеса, которым заражены более 90 % взрослых, пребывают в латентном состоянии в определенных клетках организма, и иммунной системе бывает сложно добраться до них. У других хронических заболеваний, таких как вирусы гепатита В и С, иная стратегия. Они постоянно активны и не переставая продуцируют все новые и новые копии, которые успевают заразить множество новых клеток организма, прежде чем иммунная система включит защитный режим и уничтожит инфекцию. При условии, что между поведением возбудителей и ответом иммунной системы сохраняется необходимый баланс, мы можем жить с хроническими заболеваниями и при этом не болеть.
13. Что такое вакцина?
Чтобы обмануть организм и заставить его вырабатывать иммунитет против конкретного вируса, можно ввести человеку его безвредные части. Иммунная система запомнит эту клетку и легко распознает впоследствии. Таким образом, при попадании в организм полноценного вируса иммунитет быстро его подавит. Существуют разные типы вакцин. Например, «живая» вакцина ослабленным вирусом (хотя, как мы уже говорили, эти клетки в принципе не относятся к живым организмам). Такие вакцины провоцируют инфекцию в чрезвычайно легкой форме, которая, однако, заставляет иммунитет работать в полную силу. Другой вид вакцин – «мертвые», а точнее химически инактивированные препараты, состоящие из элементов вирусного протеина. Иммунная система воспринимает их в качестве агрессоров и начинает бороться с ними. «Живые» вакцины, безусловно, лучше имитируют настоящее заражение, и выработанный к ним иммунитет оказывается более устойчивым.
14. Появляются ли со временем новые вирусы?
Да. Многие новые вирусы, атакующие людей, являются патогенами зоонозного происхождения, то есть изначально паразитировали в организме животных или насекомых и не имели никакого отношения к человеку. За долгие годы животные адаптировались к этим возбудителям и стали для них естественными хозяевами. Следует отметить, что они не вызывают заболевания у своего природного носителя. Однако, попадая в организм животного другого вида или человека, провоцируют болезнь и даже могут привести к смерти. Мы заражаемся все большим и большим количеством вирусов, циркулирующих среди животных, поскольку теснее контактируем с ними, вторгаясь в джунгли, прокладывая дороги, строя города и меняя климат. Патоген может, например, чрезвычайно эффективно распространяться через комариные укусы.
15. Какая разница между эпидемией и пандемией?
Мы говорим об эпидемии, когда количество заболевших людей удваивается в течение одной недели. Если она распространяется на несколько континентов или на весь мир, то приобретает масштабы пандемии. Отбушевав, волна инфекционного заболевания идет на спад, так как вирус зачастую становится эндемичным[3 - Эндемичный – свойственный конкретной местности.] и число новых случаев заражения постоянно снижается. Именно такую картину мы наблюдали во время вспышки вируса Зика в Южной Америке.
16. Какие меры предпринимают в случае эпидемии?
Для начала устанавливают, о каком вирусе идет речь, и отслеживают возможные пути заражения и определяют сущность заболевания. Затем выясняют, является ли он мутировавшим и существуют ли тесты для его выявления или же необходимо разрабатывать новые способы диагностики, препараты и вакцины. Разыскиваются инфицированные люди и те, кого они могли заразить. Их тестируют на наличие вируса и в случае положительного результата изолируют. Все это следует делать достаточно быстро, так как период, в течение которого возможно предотвратить распространение нового заболевания, очень короток. Затем вирус нейтрализуется медицинскими препаратами, вакцинами. В конце концов устанавливается жесткий контроль над источниками заражения.
17. Когда ожидать следующей вирусной атаки?
Поток крупных вирусных вспышек не иссякает, мы то и дело узнаем о масштабных заражениях: атипичная пневмония, ближневосточный респираторный синдром, вирус лихорадки Западного Нила, свиной грипп (также известен под названием «мексиканский грипп»), Эбола, Зика, Чикунгунья, Усуту… О каком новом вирусе мы услышим в следующий раз и когда произойдет очередная серьезная вспышка заболевания? Мы не знаем. Никто из экспертов не смог предсказать ни одну из атак вышеперечисленных заболеваний, вызванных вирусами. Но то, что нас ожидают новые, не подлежит сомнению. Вероятно, очередная пандемия гриппа случится в течение ближайших 50 лет, но никто не исключает, что она произойдет уже в этом году. Нам остается только держать руку на пульсе.
18. Какой вирус считается самым опасным в мире?
Для отдельно взятого индивида наиболее опасен вирус с самым высоким показателем смертности, потому что от инициируемого им заболевания не существует эффективного лечения. Как, например, от геморрагической лихорадки Эбола или менингита (в результате инфицирования вирусом бешенства). Самыми опасными для человеческой популяции являются пандемии, вызванные чрезвычайно заразными инфекциями с высокими показателями заболеваемости и смертности, против которых не выработан коллективный иммунитет и не существует ни эффективной вакцины, ни продуктивного лечения. К таковым можно отнести некоторые виды вируса птичьего гриппа, когда они обретают способность передаваться от человека к человеку. Лично мне наибольшее опасение внушают патогены, которые мы еще не обнаружили или на которые не обратили должного внимания. А таких очень много.
19. Играют ли роль в распространении вирусов глобализация, изменения климата и миграция?
Безусловно. Масштабная урбанизация, плотное заселение новых географических районов, вторжение в дикие леса, эксплуатация прежде нетронутых земель – все это приводит к грубому нарушению естественной среды обитания многих организмов. Мы все чаще и чаще сталкиваемся с совершенно новыми, неизвестными ранее заболеваниями животных, которые легко передаются новому биологическому виду и быстро распространяются среди людей. Климатические изменения, экстремально жаркое лето и теплая зима, затяжные проливные дожди провоцируют рост популяции комаров, появление их новых видов и миграцию большого количества животных. Таким образом возникают и распространяются совершенно новые патогены, передающиеся насекомыми. Непрестанно растущие темпы глобализации, межконтинентальные перелеты, международная доставка товаров и грузов способствуют более быстрому и масштабному распространению вирусов на новых географических территориях, уже среди других групп населения. В современном мире повысилась мобильность людей, особенно в отдельные периоды истории. Например, во время военных конфликтов, когда образуются стихийные лагеря беженцев, мигранты перемещаются нескончаемым потоком, осуществляются частые и длительные поездки на родину за пределы Европы, процветает туризм и межконтинентальные путешествия с различными целями. Все вышеперечисленные факторы вполне логично приводят к большому количеству инфекционных заболеваний и эпидемий, распространению экзотических, редких, а зачастую давно забытых или, напротив, прежде вовсе не известных вирусов.
20. Стоит ли бояться вирусов в будущем?
Мы должны их уважать. Знание о вирусах, о том, чего можно ожидать от разных их типов, – хорошее средство от необоснованного страха. Некоторые из них чрезвычайно агрессивны, другие можно обмануть при помощи лекарства или вакцины, на многие можно просто не обращать внимания. Большая часть инфекций вообще не имеет к человеку никакого отношения, а многие из тех, что имеют, даже укрепляют наше здоровье, не давая расслабиться иммунной системе. Без некоторых вирусов мы и вовсе не смогли бы жить! Так что: уважению – да, страху – нет!
Введение. От врача к исследователю. Как я хотел спасти мир
Да-да, я стремился во что бы то ни стало спасти людей от какой-нибудь жуткой и опасной инфекции или еще от какой-нибудь угрозы. Поэтому я и решил стать врачом. И я им стал. Правда, на это потребовалось очень много времени, но оно было потрачено не зря. Всякий раз, приходя в новое отделение и осваивая очередную медицинскую специальность, я с восторгом думал: именно в этой области я хочу работать! Я проявлял ловкость в хирургии, демонстрировал недюжинную изобретательность в психиатрии, был энергичен и расторопен в отделении неотложной помощи. По крайней мере, мне самому так казалось. В какой-то момент появилась мысль стать акушером-гинекологом. Тут парадоксальным образом сталкиваешься с больными и здоровыми пациентами – все-таки беременность не болезнь, применяешь хирургические и терапевтические знания, имеешь дело со взрослыми и детьми – весьма разнообразная практика. Но спустя полгода я стал опасаться, что в будущем профессия гинеколога не лучшим образом повлияет на мою сексуальную жизнь.
Работая в отделении неотложной помощи, я обратил внимание: если дело совсем плохо, мы немедленно зовем анестезиологов. Наркоз – настоящая катастрофа. Как только начинается паника или появляется угроза остановки сердца, в палату врывается кавалерия в модной зеленой униформе и голубых шапочках набекрень. Они неизменно жуют жвачку и всем своим видом демонстрируют непоколебимость. И вот мы все, в белых халатах с карманами, набитыми учебниками, надетых поверх убогих безразмерных сетчатых маек, покидаем помещение, уступая место им. И тут же пускаются в ход интубационные трубки, дыхательные аппараты, капельницы, кислородные баллоны и многочисленные пикающие приборы. Что они там колдуют? Каким образом откладывают конец света, который, казалось, вот-вот наступит? И мне захотелось приобщиться к этой тайне.
Я стал опасаться, что в будущем профессия гинеколога не лучшим образом повлияет на мою сексуальную жизнь.
Это было потрясающе. Я научился погружать пациентов в сон и быстро, и медленно, подключать аппарат искусственной вентиляции легких, применять масочный наркоз у самых активных детей и наркоманов, приобрел большой опыт в реанимировании больных с остановкой сердца. Начинающих врачей наставлял сам заведующий отделением.
– Мы должны постоянно ее жевать, – сказал он, раздавая нам всем по жвачке. – Когда вы вводите анестезию, перед полной отключкой у пациента обостряются все чувства, поэтому от вас не должно разить луком, вонять недавно съеденным обедом или кофе. А еще, когда вы даете наркоз, нужно вести себя как можно тише. Ваш пациент воспринимает малейший шум как пальбу из пушек, у некоторых резкий звук может спровоцировать чрезвычайно опасное в этот момент состояние двигательного возбуждения.
Завотделением привел нас в пустую операционную, где нам предстояло практиковать масочный наркоз друг на друге. Мы должны были на себе испытать луковый запах изо рта врача в момент попадания в кровеносные сосуды снотворного вещества, прочувствовать постепенное безболезненное погружение в расслабляющий сон по мере вдыхания анестезирующего газа. Понять, что ощущает пациент во время подготовки к операции. Мы договорились, что каждый будет постукивать пальцами по матрасу вплоть до засыпания. Как только стук прекращался, напарник должен был прекратить подачу анестетика и дать кислород, чтобы вернуть испытуемого в состояние бодрствования.
– А правда, что некоторые никогда полностью не отходят от наркоза? – спросил кто-то.
– Давнишнее заблуждение, – махнул рукой завотделением. А затем рассказал кое-что странное. Люди, пережившие клиническую смерть, из-за остановки сердца например, говорят, что по ощущениям этот момент очень напоминает переход в бессознательное состояние при общем наркозе. Круто, подумал я. Не знаю, был ли я готов к такому серьезному испытанию тем утром, но сразу согласился.
Я лежал на кушетке и слушал шипение анестезирующего газа в черной резиновой маске, закрывавшей половину лица. Сразу ощутил запах наркозного препарата. Все чувства действительно обострились. Я попытался подумать о чем-нибудь очень приятном. Комната начала вращаться все быстрее и быстрее, словно по спирали, темнеющей к краю, с разноцветными полосами, сходящимися к центру. Вдруг я увидел, как изнутри спирали выходит моя девушка Ханнес и приближается вплотную к моему лицу. А затем сделал глубокий вдох и тут же отключился. До этого я старательно барабанил пальцами по матрасу. Почти сразу я вроде бы заметил где-то далеко моего напарника, регулирующего поступление газа в маску. Он слегка потряс кушетку, и я полностью проснулся, обнаружив перед собой яркие лампы на потолке и знакомую палату.
