Эксперт № 20 (2014) - Эксперт Эксперт

Третья волна связана с эпохой великих географических открытий: обмен микрофлорой между жителями разных континентов приводил к неприятным последствиям. Страшные эпидемии экспортированных из Европы инфекций во многом послужили причиной исчезновения империй ацтеков и инков и опустошения американского континента. Особенно преуспели христианские миссионеры: добираясь до самых отдаленных уголков Америки, они несли аборигенам не только Слово Божье, но и оспу, корь, тиф, грипп, холеру и чуму. В ответ европейцы получили сифилис.

Последняя волна эпидемий началась с середины XX века. Демографический взрыв обеспечил инфекции материалом для размножения, а увеличение плотности населения и повышение его мобильности привели к взрывному росту скорости распространения. Теперь патогены могут путешествовать со скоростью авиасообщения.

Качественный состав патогенов во многом зависит от нашей хозяйственной деятельности. Это можно легко проследить на наиболее свежих примерах эпидемий. Причиной пандемического гриппа считают сельскохозяйственное разведение уток и свиней, которое облегчает пересортировку генов птичьих вирусов и вирусов млекопитающих. Аргентинская и боливийская лихорадки появились за счет изменений в сельском хозяйстве, способствующих увеличению числа грызунов. Лихорадку долины Рифт принесло строительство дамб и ирригация. Желтая лихорадка распространяется в новых регионах за счет появления благоприятных условий для москитов — переносчиков возбудителя заболевания. Легионеллез появился с ростом популярности охлаждающих и водопроводных систем. Синдром токсического шока — с ультраабсорбирующими тампонами. А гемолитический уремический синдром — с промышленными пищевыми технологиями.

ВИЧ — «шедевр природы», самый совершенныйубийца человека

Legion-Media

Человечеству угрожает не только рост числа патогенов, но и их качественные изменения. Например, из выявленных недавно инфекций вирус Эбола убивает свыше 90% своих жертв, а прионные болезни и ВИЧ — 100%. При этом патогены наращивают свою вирулентность — способность заражать. Успехи в исследовании наших вечных соседей открывают удивительные примеры их изобретательности и коварства. Они способны не только ускользать от распознавания, но и управлять нашей иммунной системой, использовать ее против нас, входя через нее в организм.

Гонка микровооружений

Аборигены высокогорных районов Новой Гвинеи издавна страдали болезнью куру — судороги и головные боли сменялись неостановимой дрожью и мучительной смертью. Бедные жертвы и представить себе не могли, что причиной тому их рацион. Только с приходом европейских исследователей удалось выяснить, насколько опасно питаться плохо прожаренными мозгами своих родственников. Культурная традиция местных племен предполагала запекание деликатеса в бамбуковой посуде, что не обеспечивало достаточной температуры для уничтожения инфекционного агента. Впрочем, убить источник инфекции — прионы — было невозможно: они и так неживые.

Прионы — это белковые молекулы, не содержащие нуклеиновых кислот, поэтому отнести их к форме жизни сложно. Однако, попадая в наш организм, они способны размножаться — перестраивать здоровые белки в аналогичные себе, которые, накапливаясь в тканях мозга, вызывают их отмирание. Мозг жертвы медленно превращается в пористую массу, зарастая белковыми бляшками, замещающими нервную ткань. У животных это вызывает различные виды губчатых энцефалопатий, самые известные из которых — коровье бешенство, в 1980-е годы вызвавшее в Великобритании гибель около 200 тыс. голов крупного рогатого скота, и овечья трясучка. У людей прионы помимо болезни куру вызывают целый класс нейродегенеративных заболеваний, от болезни Крейтцфельдта—Якоба до фатальной семейной бессонницы — наследственной болезни, поражающей таламус.

Забавная шутка природы: прионы не чужие нам, это лишь аномальная третичная структура циркадных белков. Их здоровая форма отвечает за суточные ритмы — работу наших внутренних часов. А те же самые белки, по-другому уложенные в пространстве, неспешно превращают наш мозг в губку, отсчитывая время до мучительной смерти. Летальность прионных болезней — 100%. И хотя уже в 2006 году была создана генно-модифицированная корова, не содержащая уязвимых к прионам белков, лекарств для человека нет до сих пор. Их создание крайне затрудняет идентичность химического состава прионов здоровым белкам нашего мозга.

Прионы — яркий пример того, насколько оригинальными могут быть инфекционные агенты. Но и более массовые инфекции не менее изобретательны. Ведь им надо научиться проходить через многоэшелонную оборону нашей иммунной системы. При попадании патогена в организм первой срабатывает система врожденного иммунитета. Начавшееся воспаление обеспечивает приток крови к месту поражения, высвобождающиеся интерфероны угнетают вирусы, система комплемента разрушает бактериальные клетки и привлекает иммунные: лейкоциты, фагоциты, тучные клетки, базофилы, эозинофилы и естественные клетки-киллеры. Их задача — захватить, уничтожить и переварить чужаков. Особую роль играют клетки, отвечающие за приобретенный иммунитет: лимфоциты. После перенесенной инфекции они запоминают «в лицо» отъявленные патогены и обеспечивают при повторном инфицировании более быстрый и точный ответ.

Туберкулезная палочка успешно создает формы, устойчивые к лекарствам

Legion-Media

В ответ бактерии учатся маскироваться. Некоторые наловчились закутываться в углеводную капсулу, прячущую их от контакта с рецепторами клеток хозяина. Так, например, действуют бактерии, вызывающие менингит. Другой вариант маскировки — постоянная смена «имиджа». Многим знакомая Neisseria gonorrhoeae, вызывающая гонорею, несет на своей наружной мембране 10 различных антигенов, за которые отвечают независимо переключающиеся гены. Во время заражения хозяина антигены экспрессируются в многочисленных комбинациях, запутывая иммунную систему.

Если же замаскироваться не удалось, приходится противостоять фагоцитозу — поглощению и перевариванию чуждых клеток. Оказалось, что успешные патогены выработали меры противодействия всем шести этапам фагоцитоза. Например, сальмонелла просверливает специальным шприцем стенку клетки хозяина и впрыскивает в нее вещества, нейтрализующие клеточный иммунитет.

Адаптации бактерий к фагоцитозу способствует их тренировка на эволюционных предках макрофагов. Миллиарды лет соседства с протозойными хищниками — амебами помогли бактериям отработать навыки защиты. А свободноживущие амебы в эпидемических процессах среди людей играют роль «троянского коня», позволяющего микроорганизмам преодолеть первую линию обороны нового хозяина.

Многие бактерии, например стафилококки, стрептококки и другие, напрямую инактивируют компоненты сложной системы комплемента, предназначенной для их растворения.

Другие патогены освоили управление цитокинами — сигнальными белками иммунной системы. Например, легионеллы отключают систему тревоги, чтобы остаться незамеченными. А некоторые кишечные патогены, напротив, «вызывают огонь на себя» — провоцируемая этим диарея способствует их распространению в окружающей среде.

В наших клетках существует механизм самоочистки, аутофагия: ненужное вкрапление отделяется от остальной цитоплазмы двойной мембраной, аутофагосомой, и транспортируется в лизосомы на переработку. Таким образом из клеток удаляется целый ряд патогенов: возбудители туберкулеза и туляремии, сальмонелла, стрептококки. Однако, например, листерия и другие бактерии научились растворять ловящую их мембрану. А возбудитель пневмонии Legionella pneumophila сама формирует вокруг себя аутофагосому, но блокирует ее слияние с лизосомой.

Бактерии способны управлять жизнью и смертью клеток, беря на себя контроль апоптоза — программируемой клеточной смерти. Так, подавление самоликвидации зараженных клеток позволяет хламидиям сохранить свое пристанище. А сальмонелла сначала провоцирует апоптоз, чтобы привлечь макрофаги, но затем, попав в них, его приостанавливает, чтобы обеспечить внутриклеточное выживание и размножение. Когда же резервы клеток-хозяев заканчиваются, паразиты снова включают механизм апоптоза, чтобы быть захваченными следующими макрофагами и разнестись по всему организму. Использует клетки нашей иммунной системы в своих целях и наиболее опасный источник эпидемической угрозы — ВИЧ.

Творцы супербактерий

В мае 1796 года английский доктор Эдвард Дженнер намеренно заразил восьмилетнего мальчика коровьей оспой. А несколько позже ему же привил возбудитель натуральной оспы. Ею мальчик уже не заболел. Так была изобретена вакцинация. Именно смелый эксперимент спас жизни сотен миллионов людей. И поныне вакцины вносят главный вклад в борьбу с инфекциями.