Откуда появился, как эволюционировал и как устроен вирус иммунодефицита человека

Эта история начинается в США. 5 июня 1981 года Агенство по контролю за заболеваемостью, подводя очередной отчет, указывает на случай пяти молодых людей в Лос-Анжелесе. Отмечая хорошее состояние здоровья юношей, в отчете указано, что все пятеро заболели редкой пневмоцистной пневмонией. Доклад об этом в Агентстве получили еще в мае того же года.

Задержка в публикации была связана с ожиданием заключений экспертов Агенства, которые однозначно заявили, что болезнь связана с дисфункцией клеточного иммунитета и, “скорее всего, передавалась половым путем” — все пятеро мужчин были гомосексуалистами.

Все они, в возрасте от 29 до 36 лет, были госпитализированы в три разных госпиталя Лос-Анджелеса. Абсолютно здоровые, они при этом все имели выявленную за три — четыре месяца до этого цитомегаловирусную инфекцию. Этот вирус особенно часто проявляет себя у людей с тяжелыми сопутствующими заболеваниями, у здоровых же  людей — не вызывает серьезных нарушений в функционировании организма. При этом наличие в гомосексуальной среде большого числа пациентов с цитомегаловирусом не было новостью для врачей: число носителей вируса достигает 94 %.

Этот первый случай неизвестного заболевания становится началом пути в изучении одной из самых интересных инфекций XX века.

Выявление преступника

В 1982 году установлена связь симптомов с угнетением иммунитета. Становится понятен путь передачи инфекции — фиксируется первый случай заболевания, связанный с переливанием крови. Появляются сообщения о гетеросексуальном характере передачи инфекции  — она перестает быть болезнью гомосексуалистов. В декабре 1982 года Институт Пастера во Франции начинает работать над выделением неизвестного патогена.

Люк Монтанье, руководитель лаборатории

На тот момент было известно только об одном ретровирусе, поражавшем Т-лимфоциты человека — HTLV, вызывающий Т-клеточную лимфому. Первые предположения о возбудителе указывали на этот вирус: казалось, готовое решение рядом. Тем не менее, сотрудники института Француаза Барре и Люк Монтанье начали выделение вируса с нуля. Первые результаты были опубликованы 20 мая 1983 года в “Science”. Вирус накапливался в лимфоцитах и обладал активностью, схожей с активностью HTLV. Ученые выделили первый специфический для нового вируса белок p25, и выявили антитела к этому белку у больного СПИДом. Подозревая, что они стоят на грани важнейшего открытия, Барре и Монтанье сворачивают всю другую работу в лаборатории (в частности, они занимались тогда патогенезом мышиного онковируса молочной железы, для подтверждения вирусной теории развития рака молочной железы) и с 1983 года работают исключительно над новым выделенным вирусом.

В сотрудничестве с крупной фармкомпанией Sanofi институт Пастера к 1985 году разрабатывает способы диагностики СПИДа, но главным фронтом работ стал поиск взаимосвязи между наличием нового ретровируса и клиническими проявлениями болезни: никто еще не мог сказать, что именно выделенный вирус является возбудителем.

В 1984 году американский микробиолог Роберт Галло публикует работу, в которой доказывает связь между ретровирусом и СПИДом.

Однако на самом деле история куда более долгая.

Поиск источника

ВИЧ-1, самый распространенный типа вируса в человеческой популяции (еще есть чуть менее активный ВИЧ-2) на самом деле неоднороден. Он существует в трех типах, называемых латинскими буквами M, N и О. Корни вирусов N и O исходят из Камеруна, однако эти типы в совокупности дают только 2 % случаев ВИЧ у людей. 98% приходится на ветвь M, истоком которой является центральная провинция Демократической республики Конго, Киншасса. До первых описаний последствий инфицирования вирусом в США, он циркулировал среди африканских племен в течении как минимум 60 лет. Он попал в человеческую популяцию от обезьян.

Черномордные шимпанзе — хозяин эволюционного предка ВИЧ

Первое сообщение о выявлении у двух пойманных шимпанзе вируса, похожего на вирус иммунодефицита, появилось в 1989 году. Обезьян выловили в Габоне, вирус получил название вируса иммунодефицита шимпанзе, SIV, и ученые начали искать новые подтверждения теории. В течении десяти лет ни у одной из исследованных шимпанзе (более тысячи животных) не было обнаружен вирус, кроме одной, нелегально ввезеной в Бельгию из Киншассы. Казалось, это значило, что шимпанзе также, как и человек, не являются источником вируса.

Попытки найти истоки ВИЧ не прекращались. У четырех ввезенных в США шимпанзе обнаружили вирус иммунодефицита. Их митохондриальные ДНК были проанализированы и стало понятно, почему предыдущие попытки найти вирус у шимпанзе провалились. Оказалось, что существует несколько подвидов шимпанзе, чей ареал обитания не пересекался, и вирус определялся у только одного подвида — черномордных шимпанзе. Источник вируса был найден.

Процесс адаптации к новому хозяину

Как вирус попал в человеческую популяцию, пока было не понятно. Известными способами передачи вируса являлся половой, от матери к ребенку и передача вируса через кровь. Первые два пути передачи не подходили, получалось, что вирус из крови шимпанзе должен был попасть в кровь человека. Предположительно это произошло в среде охотников за обезьянами, когда кровь обезьяны попадала в раны человека. В 2004 году доктор Вулфи из университета Джона Хопкинса провел исследование жителей деревень центральной Африки. Он взял на анализ кровь у 1099 африканцев, и у 10 были получены положительные результаты на антитела к SIV, что подтвердило возможность проникновения вируса обезьян в кровь человека.

Оставалось загадкой, как вирус, поражающий один вид животных (пусть и генетически схожий), может выжить в организме человека. Ведь успех вируса напрямую зависит от взаимодействия с белками организма хозяина, от защиты от них, и в случае неудачи вирус не сможет попасть даже в клетку (так, мутация одного из генов в человеческой клетке приводит к дефекту поверхностного белка, что делает невозможным связывание с ним даже ВИЧ, приводя к своего рода естественной резистентности к вирусу).

В организме человека одним из основных белков, ингибирующих синтез новых вирусов, является белок тетерин. Он активен не только в отношении вируса иммунодефицита, но и в отношении других вирусов, блокируя их выход из клетки, по сути останавливая инфекцию. Этот белок присутствует у всех млекопитающих, в том числе и у обезьян, имеющих свои типы вируса иммунодефицита. Вирус имунодефицита шимпанзе появился в результате рекомбинации двух разных ветвей вирусов других обезьян, одна из которых использовала для блокирования тетерина белок vpu, а другая — белок Nef. Оба эти механизма были эффективны в своих ветвях, и оба в итоге передались ВИ шимпанзе.

Каждый раз, когда вирус шимпанзе попадал в кровь человека, у него был шанс выжить и размножится только в случае успешной блокировки тетерина. В итоге и образовались три ветви вируса — M, N и O.  У типа O ни vpu, ни nef не обладают активностью против человеческого тетерина, поэтому его развитие в организме человека крайне редко. В случае с видом N, его белок vpu в организме человека потерял обычную способность воздействовать на лимфоциты, вызывая снижение их активности, дополнительно снижая имунитет. Предположительно, это произошло из-за того, что белок адаптировался под человеческий тетерин. И только тип M обладает и активностью против тетерина, т.е. может беспрепятственно размножаться в организме хозяина, и дополнительно воздействует на лимфоциты. Именно поэтому он является причиной подавляющего количества случаев ВИЧ в популяции у человека.

Механизм инвазии

Попадая в кровь человека, вирус начинает искать клетку, в которую он мог бы попасть и размножиться. ВИЧ относится к ретровирусам — семейству вирусов, кодирующих свою информацию в РНК. Любая человеческая клетка хранит генетическую информацию в ДНК, что создает для вируса определенные сложности для воспроизведения потомства.

Для того, чтобы попасть в клетку, у вируса иммунодефицита на его поверхности есть специальные белки, их два, по своей структуре они гликопротеины, и носят название GP120 и GP41. На английском языке они называются “envelope” — “конвертные”. На русском языке их логичнее называть “распаковывающие”, так как их функция — связаться с клеткой-хозяином и проникнуть через клеточную стенку, чтобы пропустить внутрь капсид с РНК вируса. Белок GP 120 связывается со специфическими рецепторами CD4 на поверхности Т-клеток. Однако связывания только с рецептором недостаточно для проникновения в клетку, и кроме CD4 GP120 связывает т.н. корецептор. Это связывание становится сигналом для молекулы GP41, и она начинает менять свою конформацию, физически подтягивая вирусную частицу к клетке. Начинается процесс слияния двух мембран — мембраны вируса и мембраны клетки, в результате которого внутрь Т-лимфоцита попадает содержимое вирусной частицы, в том числе и капсид.

После попадания внутрь клетки вирусный капсид разворачивается и в дело вступают два самых основных фермента вируса. Первый из них — обратная транскриптаза — уникальный белок, который отсутствует у всех типов живых организмов, кроме ретровирусов. Обычная клетка человека, хранящая свою генетическую информацию в ДНК, использует фермент транскриптазу для того, чтобы получить матричную РНК — особую промежуточную форму генетической информации, с которой потом в клетке производятся белки. Таким образом, путь от ДНК к готовому белку лежит через мРНК, своего рода  природную “флэшку”. Такая система позволяет синтезировать нужный белок в нужном количестве тогда, когда он необходим, не затрагивая при этом другую часть ДНК, которую клетка всячески оберегает. Ретровирусы, хранящие свою информацию в РНК, попадая в клетку, должны синтезировать свои белки, и для этого с помощью обратной транскриптазы они производят обратный процесс происходящему ежедневно в клетке, перекодируя свое РНК в ДНК, как бы считывая информацию с вирусной флэшки и занося ее в память компьютера — клетки-хозяина. Вирусная ДНК встраивается в ДНК клетки при помощи другого фермента — интегразы, которая разрывает клеточную цепочку ДНК, вставляя внутрь молекулы вирусную информацию.

Таким образом клетка начинает производить вирусные белки, сама того не понимая. Вирус спрятался, его невозможно вычислить, его собственная система воспроизведения тесно связана с внутренними механизмами клетки.

Производимые вирусные белки в форме длинных цепочек разрезаются вирусной протеазой, поверхностные белки вируса встраиваются в плазматическую поверхностную мембрану клетки. Эти белки, чтобы быть менее заметными для иммунной системы организма человека, покрываются углеводными цепями, становясь похожими на нечто вроде разветвленного дерева. С помощью особого вирусного белка U, вирусные частицы собираются у цитоплазматической мембраны, а затем отпочковываются от клетки, вызывая тем самым гибель Т-лимфоцита. Образованные новые вирусы заражают новые T-лимфоциты, и все начинается заново.

Падение

Принято разделять течение ВИЧ на три части. Первая — первичного заражения — после того как вирус только попал в кровь и поражает первые лимфоциты. В этот момент иммунная система начинает отвечать на патоген, продуцируя антитела, которые спустя некоторое время — обычно через 1,5-2 недели — можно обнаружить в крови при помощи специальных тест-систем. Это время, в которое антитела к ВИЧ обнаружить невозможно, называется “окном” вируса и у каждого человека оно строго индивидуально, т.к зависит от состояния иммунной системы организма. По этой причине анализы, сданные сразу после контакта с инфекцией, не покажут результата даже если вирус попал в кровь.

Диагностика вируса проходит в несколько этапов. Первый — скрининговый тест — проводится методом ИФА — иммунно-ферментного анализа. В случае получения положительного результата, реакция ставится тем же методом еще два раза. Если из трех тестов два оказываются положительными — кровь отправляется на анализ в специальную лабораторию. Там кровь опять тестируют с помощью ИФА, но на этот раз с двумя реагентами от других производителей. Если хотя бы один из этих тестов дает положительный результат — ставится реакция иммуноблотинга, которая более специфична к белкам ВИЧ, чем метод ИФА. В иммуноблоте используются антитела к известным белкам ВИЧ, например, поверхностным гликопротеинам, белкам — ферментам (транскриптазе или интегразе ВИЧ), или белка капсида вируса. При выявлении положительных результатов к двум из трех белков результат считается положительным, при одном — сомнительным. Потом проводят исследование на выявление ДНК/РНК вируса, и только после получения отрицательных результатов человек признается здоровым.

Второй период — период хронической болезни, когда вирус существует в организме, медленно, но верно поражая клетки иммунной системы организма, вызывая угнетение иммунной системы организма. Весь этот период количество Т-лимфоцитов плавно снижается, а вирусная нагрузка (количество вируса в организме) увеличивается. При лечении специальными препаратами, блокирующими синтез новых вирусов, этот процесс может длится практически бесконечно. Удерживая уровень лимфоцитов на нужном уровне, человек может контролировать инфекцию в течении продолжительного времени, не давая ей перейти в финальную стадию — стадию СПИДа

У этой стадии нет конкретных характеристик. Она не наступает через определенное количество времени после поражения. Строго говоря, это даже не стадия в том смысле слова, в котором оно обычно используется. Скорее это “состояние” болезни, в которой возникает ряд симптомов из-за угнетения иммунной системы. Возникающие опортунистические инфекции часто вызваны микроорганизмами, которые в обычном состоянии находятся под контролем иммунной системы. Итог СПИДа только один — смерть либо от инфекционных, либо от онкологических заболеваний.

«Случилось что-то, что привело к эпидемии»

Слева направо: Люк Монтанье, Француа Барре-Синози, Гаральд Цур-Гаузен на церемонии вручения Нобелевской премии, 2008 год

6 октября 2008 года. Телефонный разговор. 

-Здравствуйте! Могу ли я услышать профессора Монтанье?

-Если вы подождете, я позову его к телефону. Вокруг него много людей

-Да, я представляю.

-(голос в сторону от трубки): Профессор! Профессор!

-Да, я слушаю вас.

-Профессор Монтанье?

-Да, это я, говорите

-Меня зовут Адам Смит, я из Нобелевского комитета. Поздравляю вас, вы только что удостоены Нобелевской Премии по медицине

-Спасибо. Спасибо вам.

-Я так понимаю, вы сейчас в Кот-Д’ивуаре?

-Да, на конференции по СПИДу, прямо сейчас  мы ждем прибытия сюда президента страны.

-Понятно, постараюсь не отнять у вас много времени. Премия присвоена вам за открытие, сделанное в 1983 году, прошло уже 25 лет

-Ага

-Чтобы вы хотели сказать по этому поводу?

-Главное, что я бы хотел сказать, так это то, что мы, спустя более чем 20 лет после открытия вируса, продолжаем сражаться с эпидемией, которая распространилась из Африки, где я сейчас нахожусь, в [неразборчиво], и наша битва далека от завершения. Я благодарен Нобелевскому Комитету за то, что он снова поднимает этот вопрос. Необходимо продолжать исследования. Я сейчас работаю над вакциной от ВИЧ — не профилактической, а терапевтической, которая бы позволила прекратить антиретровирусную терапию, которая не излечивает. Я думаю, это основное направление для нас. Девять месяцев — и мы должны вылечивать пациента, как больных с туберкулезом. Наша вакцина должна стимулировать иммунную систему, чтобы она дальше защищала человека, а не наши лекарства. Природа сама указывает нам на этот путь, несколько процентов населения в этой стадии: они инфицированы, но не больны. В этом идея — лечение, которое вылечивает, а не оттягивает смерть. <…> Эпидемия вызвана очень старым вирусом, который жил в Африке на протяжении долгого времени, о чем свидетельствуют последние исследования. Но что-то случилось. Эпидемия началась одновременно и в Африке, и в США, в крупных городах, и мы должны объяснить, из-за чего это произошло. Скорее всего вирус мутировал, возможно, из-за наших защитных механизмов, свободных радикалов, оксигенного стресса, еще чего-то. Именно это стало причиной эпидемии. И мы должны закрыть этот ящик Пандоры. Для этого, конечно, нужно не только улучшать лечение, как я уже говорил, но и гигиенические условия здесь, в Африке. Это едва ли не важнее, чем хороший иммунный статус.

-Да. Мой последний вопрос. Вы помните тот день, когда вы впервые увидели активность обратной транскриптазы в клетках? Могли ли вы представить, в какую эпидемию это перерастет?

-Конечно нет. Я тогда вообще работал над вирусной теорией рака груди, поэтому я также очень благодарен Нобелевскому комитету за премию Хаузану Цур Харальду, который также длительное время занимался этой темой. Но когда стало понятно, что вирус связан со СПИДом, что он встречается не только у гомосексуалистов во Франции и США, что он отсюда, из Африки, вот тогда я понял: случилось что-то великое.

Источник: www.fleming.pro

Комментарии: