Модуль 2. Частная вирусология

ГЛАВА 10. ЭКОЛОГИЯ ВИРУСОВ

ВИРУСНАЯ МИМИКРИЯ

МЕХАНИЗМЫ УХОДА ВИРУСОВ ОТ ИММУННОГО КОНТРОЛЯ

Иммунная система не всегда обеспечивает надежную противовирусную защиту. Это объясняется тем, что многие вирусы имеют в своем арсенале средства, которые позволяют им более или менее успешно преодолевать иммунную защиту организма. Причем те или иные вирусы используют различные стратегии ухода от иммунного надзора. Одни вирусы обходят иммунный контроль со стороны организма хозяина за счет генерации мутантных вариантов, что приводит к нарушению презентации вирусных антигенов МНС I и позволяет этим вирусам избежать распознавания ЦТЛ. Другие вирусы непосредственно поражают лимфоидные клетки. Инфицирование вирусами лимфоцитов угнетает активность ЦТЛ и способствует становлению персистентной инфекции и латенции. Иммунные реакции оказываются не в состоянии полностью ликвидировать инфекцию, и вирус длительно персистирует в организме, не вызывая деструкции клеток.

Некоторые вирусы имеют гены, сходные с генами клетки-хозяина. Установлено, что эти гены кодируют белки, используемые вирусом для противодействия иммунным реакциям организма. Генетическое картирование их и установление гомологичных последовательностей с клеточными генами позволили считать, что они были захвачены вирусами в процессе эволюции и модифицированы в пользу вируса. Это могут быть гены цитокинов, их рецепторов, ростовых факторов, белков МНС I и др. Многие из них очень похожи на соответствующие клеточные гены, другие, имея незначительную долю гомологии, тем не менее, имеют функциональное сходство. Функционирование таких генов может вести к ингибированию синтеза или процессинга клеточных белков, важных для иммунитета; блокированию связывания антивирусных цитокинов с клеточными рецепторами; блокированию передачи внутриклеточных сигналов, что оказывает влияние на природу иммунного ответа.

Вирусы поражают всё живущее на Земле: архей, которым уже 3,5 млрд. лет, бактерии, водоросли, грибы, простейших, беспозвоночных, позвоночных, в том числе – людей. Уже известны более 500 вирусов, поражающих человека, начиная с внутриутробного периода. Порядка 200 вирусов поражают желудочно-кишечный тракт, более 100 – органы дыхания, около 20 – кожу и слизистые, более 100 – ЦНС. В год только от острых вирусных инфекций в мире гибнет более 10 млн. человек. Столько же от их последствий.

Экология вирусов – раздел вирусологии, изучающий взаимодействия или связи вирусов с окружающей их средой; объектом изучения являются факторы окружающей среды, которые определяют способность вируса к сохранению в природе и тем самым оказывают влияние на относительные и абсолютные размеры вирусных популяций. От экологических характеристик вирусов во многом зависят эпидемиологические особенности вызываемых ими инфекций, в то же время целый ряд экологических и эпидемиологических понятий являются общими, особенно, если речь идет об антропонозных инфекциях. В разделе «Экология вирусов» обычно рассматриваются такие проблемы, как

- спектр чувствительных к вирусу хозяев в природе;

- выживание вируса в объектах окружающей среды;

- передача вируса в цепи чувствительных хозяев и природные векторы (переносчики);

- возможность повторного инфицирования организма, имеющего некий иммунитет к возбудителю;

- величина восприимчивой популяции хозяина, которая необходима (или достаточна) для поддержания циркуляции вируса в природе; и

- определение популяций хозяина, особенно часто подверженных инфицированию, что позволяет выделять их как потенциальные резервуары данной инфекции.

Вирусы необходимо рассматривать в качестве организмов, подчиняющихся законам эволюции и, следовательно, экологии. Популяции вида, экологически или географически изолированные друг от друга, сходны, но не идентичны. Каждая популяция характеризуется генофондом, определяющим ее свойства. Изучение генофонда популяций и направленности его изменений в эволюционирующих популяциях имеют исключительно важное значение в раскрытии причин, ведущих к возникновению эпизоотий и эпидемий.

Традиционные направления эпидемиологических исследований накопили в отношении большинства вирусных инфекций достаточно большой опыт по борьбе с уже возникшими эпидемиями. Эффектным примером является ликвидация заболеваемости оспой среди людей в мире. Но в большинстве случаев причины, ведущие к возникновению эпидемии, остаются до сих пор невыясненными. Как происходит выплеск вирусных популяций из обычных экологических ниш (начало эпидемии), где популяция сохраняется в период между эпидемиями (сохранение возбудителя в межэпидемическом периоде), почему время от времени меняются свойства популяции, что часто определяет развитие эпидемий? Ответы на эти вопросы позволили бы улучшить составление прогнозов возникновения вспышек и наметить наиболее рациональные и эффективные пути их предупреждения, тем самым снизив ущерб. Это основная конечная цель исследований по экологии вирусов для практики. В теоретическом плане эти исследования должны раскрыть основные закономерности, обеспечивающие сохранение вирусов как биологических видов в биосфере, выявить пути их эволюционной изменчивости, определить основные законы движения генетического материала в вирусных популяциях и формирования их генофонда.

Эволюция вирусов в эру научно-технического прогресса в результате мощного давления факторов, определяемых ускоряющимися темпами антропогенного преобразования экосистем, протекает значительно быстрее, чем прежде. В качестве примеров таких интенсивно развивающихся в современном мире процессов можно указать на загрязнение внешней среды промышленными отходами, повсеместное применение пестицидов, антибиотиков, вакцин и других биопрепаратов, урбанизацию с огромной концентрацией населения в современных мегаполисах, развитие современных транспортных средств, хозяйственное освоение ранее неиспользуемых территорий, создание индустриального животноводства с крупнейшими по численности и плотности популяций животных хозяйствами. Все это приводит к значительным нарушениям в структуре экосистем, способствует включению в эпидемический процесс ранее неизвестных возбудителей, изменению свойств и путей циркуляции известных ранее вирусов, а также реактивности и восприимчивости человеческих популяций.

Возникновение, развитие и спад эпизоотической и эпидемической волн определяются характером взаимоотношений между популяциями возбудителя и восприимчивого хозяина. В процессе эволюции складываются наиболее удачные, с точки зрения сохранения вида, взаимоотношения между вирусами и хозяевами. Это чаще всего соответствует среднему уровню вирулентности возбудителя и восприимчивости хозяина. В ряде случаев наиболее удачным для вирусной популяции типом взаимоотношений с хозяевами является персистирующая инфекция. Особенно важное значение такой тип взаимоотношений имеет в период, неблагоприятный для передачи данного возбудителя и для состояния популяции хозяев. Персистенция вирусов в организме птиц и летучих мышей может обеспечить диссеминацию адаптированных к этим хозяевам возбудителей на огромной территории в период сезонных миграций. Вирусная персистенция в ряде случаев приводит к изменению свойств вирусной популяции. Хронические и латентные формы, вероятно, играют решающую роль в сохранении вирусов в межэпидемический период. Но эпидемия и эпизоотия чаще всего являются лишь эпизодом в существовании вирусной популяции.

Одним из важнейших условий в возникновении вспышки заболевания является рост плотности восприимчивой к данному возбудителю популяции хозяев. Существует пороговая плотность популяции, допускающая развитие эпизоотии. Человек играет значительную роль в этих процессах, постоянно изменяя структуру экосистем, создавая экосистемы с новой, необычной структурой. Организация, например, животноводческих хозяйств с очень высокой плотностью животных определяет возможность возникновения обширных эпизоотий, создавая тем самым предпосылки к развитию эпидемических ситуаций.

До сих пор существует точка зрения об исключительности вирусов, поражающих человека. Трудно назвать вирусные инфекции человека, возбудители которых не имели бы гомологичных или аналогичных схем циркуляции в мире животных. Это имеет серьезные эпидемиологические последствия. В случае природно-очаговых вирусных инфекций человека вследствие отсутствия адаптации к возбудителям население обладает высокой чувствительностью к ним. Это всегда таит угрозу возникновения вспышек среди контингентов, попавших на неосвоенную территорию. В ряде случаев эти вспышки, если территория была недостаточно заблаговременно обследована, могут быть вызваны неизвестными ранее эндемичными вирусами.

Наличие природных резервуаров возбудителя делает малореальной, во всяком случае, на современном этапе возможность его искоренения. С другой стороны, разумно изменяя экологическую обстановку в очаге инфекции, в ряде случаев можно создать условия, несовместимые с возможностью существования данных вирусных популяций.

За время становления человеческого общества (примерно 400 поколений людей на протяжении около 10 тыс. лет) человек постоянно соприкасался с возбудителями диких, а затем и домашних животных. Часть из них адаптировалась к человеческим популяциям, некоторые превратились со временем в облигатные или факультативные антропонозы. Другие остались зоонозами, сохранив способность вызывать как эпизоотический, так и эпидемический процесс. Таким образом, эволюция возбудителей инфекционных болезней является результатом взаимодействия эволюционирующих популяций возбудителей и хозяев в определенных экосистемах, подвергающихся изменениям под влиянием природных, а последние 10 тыс. лет и антропогенных факторов.

Для многих биологических видов характерно перемещение видов в целом или некоторых его популяций на более или менее значительные расстояния. Эти процессы ведут к перемещению адаптированных к ним возбудителей. При этом могут возникать новые природные очаги инфекций, а в ряде случаев – драматическое обострение эпизоотической и эпидемической ситуации. Очаги могут быть эфемерными, сезонными или же перманентными, существующими тысячи либо миллионы лет.

Как подчеркивал Ф. Бернет (1947), «чтобы выжить как вид, паразитирующий микроорганизм должен на каждой стадии своей эволюции обеспечить себе переход в новые восприимчивые клетки нового организма». Но вирус должен не только уметь проникать в клетку, освобождаться из нее и существовать вне клетки. «Он еще должен научиться не убивать курицу, несущую золотые яйца» (К. Эндрюс, 1969). Как учит экология (Одум, 1986), любой паразит или даже хищник, слишком усердно истребляющий свою жертву, тем самым лишает свое потомство источника существования. Таким образом, в процессе эволюции наиболее удачливыми паразитами оказываются те, которые наносят не слишком сильный вред своим хозяевам, и между паразитом и хозяином возникает состояние взаимной толерантности. При этом между ними может устанавливаться такое равновесие, при котором заметные симптомы заболевания отсутствуют (латентная инфекция). Вместе с тем для вируса, как для любого паразита, определенная степень патогенности весьма желательна, так как она способствует его распространению.