Супермикробы

Джаред Даймонд: «Болезни демонстрируют, как работает эволюция: микробы приспосабливаются к новым хозяевам и переносчикам посредством естественного отбора»

Не все болезни можно напрямую связать с генами, как в случае рака, болезни Хантингтона или даже диабета. Однако, как заметил нобелевский лауреат Пол Берг, все заболевания до некоторой степени являются генетическими. Инфекционные заболевания, например ВИЧ/ СПИД, туберкулез или грипп, не вызываются повреждением ДНК, как рак, или менделевскими мутациями, как муковисцидоз. Но гены патогенов и их носителей-людей играют ключевую роль в том, как вирусы, бактерии и паразиты делают нас больными.

Джаред Даймонд

Свойства Т-клеток, лимфоцитов и антител иммунной системы, защищающих нас от микробов, определяются нашим генетическим профилем, и небольшие различия могут делать людей более или менее восприимчивыми к определенным болезням. Люди с группой крови 0 — генетическим признаком — менее восприимчивы к малярии. Существуют люди с генотипами, защищающими от ВИЧ.

Гены также контролируют механизмы атаки патогенов и их защиту от иммунной системы, лекарств и вакцин. Из-за генетических особенностей некоторые штаммы гриппа заставляют нас провести в постели пару дней, а другие убивают миллионы людей. Благодаря генетическим изменениям появляются новые болезни, и лекарства, эффективные ранее, постепенно становятся бесполезными. Понимание генетики инфекций поможет им сопротивляться.

Пол Берг

Эволюция и болезнь

По оценкам, когда в 1492 году Христофор Колумб достиг Нового Света, в Северной и Южной Америке проживало 50 миллионов человек. Однако к середине XVII века численность коренного населения упала до 6-8 миллионов. Многие стали жертвой геноцида колониальных захватчиков, но еще более опасными убийцами, чем испанские конкистадоры, оказались болезни, переплывшие с ними океан.

Христофор Колумб

Жители Старого Света веками жили с оспой и корью, тифом и желтой лихорадкой. В результате у них появилась некоторая устойчивость: естественный отбор способствовал сохранению генов, улучшавших шансы на выживание. У коренных же американцев иммунитет был необучен этим навыкам. Их земля была свободна от оспы, и не было причин для распространения случайных мутаций, развивающих устойчивость к инфекциям. В книге «Ружья, микробы и сталь» (1998) ученый Джаред Даймонд отметил, что испанские болезни сыграли в стремительно покорении континента не меньшую роль, чем испанское оружие.

Сходным процессом объясняется и то, как новые инфекции продолжают перепрыгивать через барьер между животными и человеком. Основная группа ВИЧ-1 произошла от родственных вирусов иммунодефицита приматов и перешла к человеку в результате межвидовой передачи, вероятно при контакте с кровью инфицированных приматов во время охоты и разделки туш. У шимпанзе такие вирусы также могут вызывать заболевание, поэтому считать их полностью безвредными для природного хозяина нельзя. После перехода к человеку вирус адаптировался к передаче между людьми и стал причиной пандемии, унесшей миллионы жизней.

Уклоняясь от нашего оружия

Со временем некоторые люди приобретут устойчивость к ВИЧ аналогично тому, как некоторые приобрели генетическую защиту против оспы и малярии. Однако длительная продолжительность жизни людей означает, что для появления таких свойств в результате мутаций и для распространения этих мутаций по генофонду понадобятся века. У патогенов же нет такой проблемы: феноменальная скорость размножения бактерий и вирусов дает им огромное преимущество перед их носителями. Иными словами, бактерии и вирусы эволюционируют гораздо быстрее нас, что позволяет им уклоняться от нашего оружия. В середине XX века появление антибиотиков привело к революции в лечении инфекционных заболеваний. Пенициллин и стрептомицин позволили обезвредить даже таких многовековых убийц, как туберкулез и менингит. К 1970-м годам многие врачи заявляли о победе над бактериальными заболеваниями. Антибиотики стали настолько банальными, что зачастую их рассматривали как синонимы лекарств.

Пенициллин

Даже сегодня многие пациенты расстраиваются, когда врачи не выписывают антибиотик при вирусном заболевании.

Однако бактерии столь быстро размножаются, что их геном не является постоянным. Любое из миллиардов делений, происходящих в колонии в течение одного дня, потенциально может послужить источником мутации — и часть этих мутаций даст устойчивость к антибиотикам. Естественный отбор означает, что если используется лечение антибиотиком, то небольшое число бактерий выживет и положит начало новой колонии, устойчивой к терапии. Устойчивость также может распространяться посредством особых генетических «посылок», или плазмид, которыми обмениваются бактерии. Так рождаются супермикробы. МРЗС, метициллин-резистентный золотистый стафилококк, устойчив ко многим бета-лактамным антибиотикам и остается важной причиной трудноизлечимых инфекций. Лекарственно-устойчивые формы туберкулеза также продолжают регистрироваться во всем мире. Устойчивость развивается не только у бактерий: она возникает у вирусов, включая ВИЧ, и у паразитов — например, у Plasmodium falciparum, вызывающего малярию.

Генетическая медицина

У человечества нет способности эволюционировать так же быстро, как его микроскопические враги, но у нас есть другое оружие. Исследование патогенных геномов позволяет разрабатывать новые лекарства. Когда ученые выяснили роль обратной транскриптазы в размножении ВИЧ, появились препараты, подавляющие этот и другие вирусные ферменты. Зидовудин (AZT) был одним из первых таких средств, но современное лечение ВИЧ основано на комбинациях антиретровирусных препаратов, способных длительно подавлять размножение вируса.

Зидовудин

Изучение вируса гриппа помогло разработать ингибиторы нейраминидазы, например осельтамивир («Тамифлю»). Они блокируют вирусный фермент нейраминидазу и затрудняют выход новых вирусных частиц из зараженных клеток. Противовирусные препараты являются одним из средств борьбы с гриппом наряду с вакцинацией, эпидемиологическим надзором и другими мерами. Секвенирование геномов малярии, туберкулеза, хламидии, чумы, МРЗС и тифа позволит ученым обнаружить гены, которые станут мишенями для лекарств. Когда мы идентифицируем гены, отвечающие за устойчивость к антибиотикам, мы сможем их ингибировать и восстановить эффективность лекарств. Патогены вскоре могут потерять свое генетическое преимущество.

Терафлю — симптоматическое средство, а не ингибитор нейраминидазы

Эволюция болезнетворности

Новые патогены действительно могут вызывать тяжелые вспышки в популяциях без предшествующего иммунитета, но эволюция не обязана делать их со временем менее опасными. На вирулентность действует естественный отбор, и ее уровень зависит от баланса между размножением, передачей возбудителя и вредом для хозяина.

Если высокая смертность уменьшает число контактов и препятствует передаче, менее вирулентные варианты могут получить преимущество. Но если передача хорошо происходит до тяжелой стадии болезни, через переносчиков или иным путем, высокая вирулентность может сохраняться. Универсального правила «все инфекции становятся мягче» не существует.

Это может объяснить, почему многие болезни со временем становятся менее опасными. Например, первые хорошо документированные вспышки сифилиса в Европе относятся к концу XV века, а вопрос о его более раннем происхождении остается предметом научных дискуссий. Сегодня сифилис эффективно лечится антибиотиками, но без лечения он по-прежнему способен вызывать тяжелые осложнения. То же самое происходит с новыми штаммами гриппа. У подтвержденных человеческих случаев H5N1 исторически отмечалась высокая доля смертельных исходов, но она сильно зависит от места, времени, выявления легких случаев и конкретной линии вируса. По данным ВОЗ на 2026 год, устойчивой передачи H5N1 от человека к человеку не зарегистрировано. Нельзя заранее утверждать, что при возможной адаптации к эффективной передаче между людьми вирус обязательно станет менее опасным.

Однако не все патогены будут эволюционировать по такому принципу. Если микроб ускоряет гибель через симптомы, ускоряющие его распространение, например чихание, кровотечение или диарею, ему не помешает смерть хозяина и он сможет сохранять смертельность.