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.
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.
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.
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. Предполагается, что ВИЧ — вирус, вызывающий СПИД, — исходно был инфекцией шимпанзе, которая передалась людям, по-видимому, в результате укуса. Вирус этот безвреден для шимпанзе, но люди перед ним беззащитны. ВИЧ очень быстро обзавелся мутациями, позволившими ему распространиться от человека к человеку и вызвать пандемию, унесшую жизни 2,5 миллионов людей.
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.
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. Большинство штаммов МРЗС, метициллин-резистентного золотистого стафилококка, устойчивы ко всему семейству пенициллиновых антибиотиков. Эта инфекция, раньше легко излечимая, теперь только в Великобритании ежегодно уносит жизни 1600 человек. Каждый год около полумиллиона человек по всему миру заражаются туберкулезом, устойчивым к нескольким антибиотикам. Устойчивыми становятся не только бактерии, вирусы, включая ВИЧ, но даже паразиты — например, Plasmodium falciparum, вызывающий малярию, — также обзавелись «иммунитетом» к лекарствам.
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 обнаружили, что ВИЧ для размножения требуется фермент обратная транскриптаза, они смогли синтезировать ингибиторные препараты, включая AZT (зидову- дин), способные десятилетиями задерживать развитие СПИДа.
Генетика гриппа дала нам ингибиторы нейраминидазы — такие лекарства, как «Терафлю», мешающие ключевому белку вирусов проникнуть в клетки. Эти препараты формируют первую линию защиты человечества от будущей пандемии. 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.
Эволюция болезнетворности
Новые патогены часто крайне болезнетворны и приводят к высокой смертности, поскольку у их носителей отсутствует какая-либо устойчивость. Однако со временем патогены становятся менее губительными, и не только потому, что эволюция дает человеческому организму оружие для борьбы. Смертельность может мешать приспособленности самих микробов.
Если вирус или бактерия слишком быстро убивают своего хозяина и не успевают заразить еще кого-либо, они также погибнут вместе со всем своим потомством. Естественный отбор будет способствовать выживанию штаммов, оказывающих меньший вред организмам-носителям, поскольку это позволит микробам распространиться.
Это может объяснить, почему многие болезни со временем становятся менее опасными. Например, в XVI веке сифилис, только-только появившийся в Европе (скорее всего, он был завезен из Нового Света), был крайне смертелен. И хотя сифилис и поныне остается серьезным заболеванием, он больше не угрожает жизни. То же самое происходит с новыми штаммами гриппа. Птичий грипп H5N1 в настоящее время смертелен и убивает 60% зараженных людей, но ученые предсказывают, что смертность значительно снизится, когда вирус мутирует и приобретет способность легко передаваться от человека к человеку.
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.