Более 70 лет назад в Вене произошло событие, эхом откликнувшееся во многих лабораториях мира.

15 ноября 1909 года павиану и макаке привили эмульсию спинного мозга ребенка, только что погибшего от полиомиелита. Через несколько дней паралич сразил обеих обезьян, а одна из них на восьмой день умерла.

В том же году в лаборатории И. Мечникова в Институте Пастера было доказано, что вирус полиомиелита проходит через мельчайшие, микроскопические фарфоровые фильтры. И фильтрат содержит губительную сущность детского паралича. Исследователь беспрерывно перепрививал с мозга на мозг обезьян вирус, который затем доказывал свою агрессивность в очень убедительных экспериментах.

Однако впереди был долгий путь до середины XX столетия, когда получили сначала убитую, потом живую вакцину против полиомиелита.

Три десятилетия назад мир медицины отметил рост детского паралича, перед которым вирусологи в то время были практически бессильны. Возбудителей его выделяли от обезьян с огромным трудом и в чрезвычайно малых количествах, но нечего было и думать о приготовлении из них вакцины, слишком трудно культивировать вирус полиомиелита в организме лабораторных животных…

Прошло десять лет. Эти годы дали вирусологии знаменитый метод тканевых культур, о котором мы еще скажем.

На колониях клеток, нормально живших вне организма, разработали надежные способы выращивания вируса полиомиелита, научились быстро и продуктивно создавать против него вакцины.

Это огромная удача науки и счастье людей, что упорные работы в лабораториях разных стран по изучению вируса, поражающего серое вещество спинного мозга, привели наконец к желаемому результату. И сегодня мы вновь и вновь с благодарностью произносим имена американских и советских ученых Д. Солка, А. Сейбина, М. Чумакова, А. Смородинцева и всех других, сыгравших важную роль в разработке вакцин против полиомиелита.

Введение в практику этих вакцин, предупреждающих детский паралич, позволило не только быстро снизить заболеваемость (а она к середине нашего столетия стала национальным бедствием во многих странах Старого и Нового Света), но и практически ликвидировать полиомиелит в Советском Союзе…

Живую вакцину, изготовленную в нашей стране, направляли и в разные концы света — для спасения детей Азии и Африки.

Сумеречная зона жизни

Вирусные болезни известны с глубокой древности. Но ни Дженнер, давший в XVIII веке человечеству вакцину против оспы, ни Пастер, в конце XIX века положивший начало спасению тысяч жизней от бешенства, не знали и не думали, что инфекции, которым дали столь решительный бой, коренным образом отличаются от других заразных болезней, ученые не знали о вирусной природе изучаемых болезней.

Но вот на дворе уже 1892 год. Мы запомним его как дату рождения новой ветви микробиологии. Ветвь эта — вирусология — столь быстро развивается, что всего за несколько десятилетий основной, родоначальный ствол стал восприниматься как бы в ее тени.

Все началось с того, что русский ботаник Д. Ивановский, изучая растения табака, пораженные мозаичной болезнью, и пропуская их сок через фарфоровые фильтры, убедился, что и после этого жидкость продолжает оставаться заразительной для растений. Это обстоятельство — факт заразительности, ядовитости фильтрата — ученый запечатлел во введенном в научный обиход слове «вирус», что означает по-латыни «яд».

Но о том, что вирус табачной мозаики благополучно минует все барьеры, способные стать препятствием другим живым микробам, со всей определенностью сказал голландский ботаник и микробиолог М. Бейеринк. В 1898 году он проделал те же опыты, что и Ивановский, и пришел к этому важному выводу.

В 1903 году доказали фильтруемость вируса бешенства.

И далее целых 30 лет фильтруемость — способность проникать через перегородки, задерживающие всех других микробов, — служила главной характеристикой вирусов. Потом стали ясны и многие другие удивительные свойства, выделявшие их среди всех обитателей микромира.

О том, что вирусы переносят генетическую информацию от вида к виду, мы уже говорили. (Между прочим, удивительное свойство вирусов — умение преодолевать видовые барьеры — было предсказано академиком Зильбером.) Теперь появились данные, что вирусы способны генетическую информацию повреждать.

Недавно в их «личное досье» внесли следующее: вирусы гриппа, энцефалита, гепатита, кори могут повреждать генетический аппарат клетки столь же существенно, что и значительные дозы облучения. Иными словами, вирус способен выступать в роли мутагена, фактора, вызывающего мутации, изменения хромосом, которые закрепляются наследственно. В этом плане пока еще гипотетическому вирусу приписывают даже роковую роль в возникновении диабета у людей молодого возраста.

И еще: клетки животных, оказывается, способны плодить вирусы — своих извечных врагов!

Словом, вирус не устает являть нам чудеса.

Я помню, как однажды Зильбера попросили определить, что такое вирус. Создатель вирусно-генетической теории рака после некоторого раздумья ответил: «Вирусы — это вирусы. Вот и все». В ответе этом заключен немалый смысл…

Не пришли к отчетливому пониманию — «существо» или «вещество» вирус. Что это: самый мелкий организм или гигантская молекула? А если то и другое одновременно?

В 1935 году, впервые в истории науки, эту химически стойкую молекулу, состоящую из нуклеиновой кислоты, упакованной в белковый футляр, выделил в чистом кристаллическом виде и описал У. Стэнли, один из крупнейших вирусологов мира. Как и родоначальники вирусологии, он обратился к возбудителю табачной мозаики и окрестил его «дедушкой всех вирусов»…

«Если бы вирус имел возможность высказаться… он бы, вероятно, предпочел, чтобы его считали молекулой, а не живым организмом, — писал Стэнли. — Среди организмов вирус — это задержавшийся в своем развитии карлик и паразит-кровопийца; среди молекул — это гигант, наделенный замечательными свойствами».

Может быть, именно эта особенность вируса даст нам понять, как возникла жизнь на Земле, какими путями «мертвые» молекулы шли к превращению в живые организмы? Ведь, по выражению того же У. Стэнли, «сумеречная зона жизни, на полпути между живым и неживым, и есть зона вируса».

Я думаю, придет время, и будет воздвигнут памятник верным помощникам науки — собаке, обезьяне, кролику, дельфину, дрозофиле. Почетное место в этом монументе непременно займет вирус: исследователи посылают его в разведку, когда путь для прямого наблюдения закрыт. И вирус обстоятельно и подробно информирует о событиях, разворачивающихся в клетке — элементарной частице жизни.

Дом, в котором они живут

Чтобы вирус мог вести столь захватывающие репортажи о жизни клетки, перед ним надо поставить точные вопросы. И создать подходящие условия.

Ни одно из достижений вирусологии последнего времени не было бы возможно, не будь предложен метод культивирования вирусов в клетках, извлеченных из организма. Культуры тканей были получены выдающимся американским ученым и хирургом А. Каррелем.

Первые его опыты по культивированию клеток относятся к 1910 году. Тогда клетки и ткани сердца зародыша цыпленка поместили в питательную среду. Здесь клетки жили, взаимодействовали между собой и размножались. Эти культуры поддерживались в лаборатории свыше 30 лет: сделав жизнь клеток необычайно долгой, Каррель как бы обессмертил сердце эмбриона.

Столь блестящие результаты были получены за много лет до открытия антибиотиков и создания ультрафиолетовых ламп, убивающих губительные для тканей микроорганизмы. Ведь клетки, которые обычно находятся под покровительством организма, извлеченные из него, оказываются беспомощными и беззащитными. Они могут заразиться различными микробами или грибками, например плесенью, мелкие споры которой носятся в воздухе, и погибнуть от инфекции. Вот почему исследователь должен создать для них искусственный, стерильный лабораторный мир.

Каррель недаром был хирургом (и хирургом блистательным — за разработку сосудистого шва ему присудили Нобелевскую премию), он знал правила стерильной работы: невозможно без них заниматься культурой тканей.

Культуры тканей с самого начала своего существования вызвали оживление в научных кругах и привлекли к себе большое внимание. Они открывали новый, неизведанный мир. В этом мире можно было воспроизвести многие реальные события из жизни клеток — и вне организма!

Исследователи шаг за шагом постигали, что в отличие от бактерии, которая бросается в открытый бой против клетки, используя в качестве оружия свои яды, вирус весьма изобретательно и коварно внедряет в клетку свою нуклеиновую кислоту. Яснее стало, как развиваются вирусные болезни и как нужно с ними бороться.

Революцию в вирусологии совершили однослойные культуры клеток, предложенные в 40–50-е годы. Они имеют важное практическое значение, позволяя получать большие количества вирусов, изготовлять из них вакцины. За культивирование вирусов полиомиелита в однослойных клеточных культурах Д. Эндерс, У. Роббинс получили Нобелевскую премию.

Наступило время, и открылась еще одна страница отношений вирусов с клетками. Некоторые из них в ответ на непрерывный контакт с вирусом начинают вырабатывать биологически активное вещество. И веществом этим как бы блокируют вход в свои пределы следующим агрессивным пришельцам.

Вещество, о котором идет речь, назвали «интерферон». Открыл его и много лет изучал один из самых ярких экспериментаторов нашего времени — А. Айзекс. О встрече с ним, мне кажется, стоит рассказать отдельно.

Чисто английский юмор

Итак, 1962 год, светлый, весенний день в Лондоне. Лаборатория профессора Айзекса в Институте национальных исследований, где ведутся работы над проблемой интерферона. В кабинете ученого две карикатуры на стене привлекают мое внимание. На первой нарисована лошадь, она принимает душ в ванной комнате. Под карикатурой надпись: «Ну и что?» Вторая изображает шакала. И надпись: «Шакал — дикий хищник, нападающий на домашних животных в лунную ночь. Но он может нападать и не в лунную ночь тоже». Между карикатурами выведено от руки: «Здесь не ждите ответов на вопросы: „Ну и что?“ и „Почему в лунную ночь?“»

— Какой смысл вы вкладываете в эти художества? — смеясь, спросил я Айзекса.

— О, этот вопрос задает каждый, кто попадает сюда, — улыбнулся он. — Ждал я его и от вас, ибо тут все дело в английском юморе, а он обычно понятен только самим англичанам.

Вы, конечно, заметили, — продолжал Айзекс, — что я лишен всякого таланта к рисованию (карикатуры и надпись — моя работа!), однако мне очень хотелось напомнить всем входящим в лабораторию два популярных у нас анекдота. Вот первый: некий Джо купил лошадь на рынке и привел по лестнице на четвертый этаж, в свою квартиру. «Зачем тебе эта лошадь?» — спросила его открывшая дверь жена. «Видишь ли, милая, — ответил ей Джо, — сегодня я пригласил к нам на обед Мильтона. После обеда покажу ему лошадь в ванной комнате. Уверен, он ничего умнее не придумает, как спросить меня: „Ну и что?“ Вот уж мы и посмеемся вдоволь…»

— Забавно, конечно, — нерешительно сказал я, — но какое отношение это имеет к вашей лаборатории?

— Когда около десяти лет назад я натолкнулся на явление интерферона, — ответил Айзекс, — то по настоянию нашего шефа доктора Эндрюса я часто докладывал сотрудникам лаборатории результаты наблюдений. Хотя в то время мы, естественно, были весьма далеки от раскрытия сущности этого феномена. И то, что мне казалось очень интересным, вызывало у моих коллег неизменное: «Ну и что?» Рассерженный этим глупым, как мне тогда казалось, вопросом (ответа на него я, естественно, не знал и не знаю!), я повесил на стене эту лошадь, приписав, что на вопрос «Ну и что?» я больше не отвечаю.

Что же касается шакала, то это уже другая история. Несколько лет назад в Брайтоне был передвижной зоопарк. Среди множества экзотических зверей где-то в углу приютилась клетка с шакалом, но именно она вызывала наибольший интерес. А все из-за подписи под ней, которую я воспроизвел на картине, — про лунную ночь…

Далее под клеткой шла приписка, уведомлявшая, что объяснение по этому вопросу стоит один шиллинг. Любопытствующая публика, как водится, рвалась узнать, что все это значит, и обращалась к стоящему поодаль человеку. Собрав шиллинги, человек этот надевал темные очки и, напуская на себя необыкновенную ученость, начинал рассказывать об особенностях шакала как хищника. А в заключение говорил: «Что же касается вопроса, почему шакал нападает на домашних животных в лунную и не лунную ночь, науке пока об этом ничего не известно».

Публика расходилась, подавленная сложностью научного вопроса и извилистыми путями познания…

А местная пресса потом долго потешалась над этим случаем…

Работая над проблемой интерферона, я обратил внимание, — продолжал Айзекс свой рассказ, — что вирус гриппа в опытах хорошо «работает» зимой и значительно хуже летом. Это мне показалось интересным, хотя объяснить причины я не мог. Черт дернул меня рассказать об этом наблюдении на нашей малой научной конференции. Стоило мне совершенно серьезно упомянуть относительно зимы и лета, как один мой друг с невозмутимым спокойствием спросил: «Слушай, Айзекс, а как вирус работал в лунную ночь?» В зале поднялся гомерический хохот, история с шакалом успела обойти всю Англию. Начались выкрики: «А в не лунную? Айзекс, а?!»

Я понимал, что единственный выход — начать смеяться самому. Обсуждение доклада, к которому я серьезно готовился, было сорвано. Такова история карикатуры с шакалом.

Уже потом, вспоминая этот рассказ, я думал о том, что грустное и смешное так часто соседствует в науке, а скептические вопросы нередко подталкивают к ценнейшим находкам.

К сожалению, Айзекс рано, в расцвете сил ушел из жизни. И он не узнал, что интерферону суждена дорога в жизнь и очень интересная судьба, в частности, благодаря работам советских ученых, академиков АМН СССР З. Ермольевой и В. Соловьева.

Интерферон, наверное, требует специального и обстоятельного рассказа. Здесь я упомяну лишь о появившихся недавно за рубежом сообщениях. Этот белок собираются получать в больших количествах методом микробиологического синтеза, встраивая соответствующие гены в кишечную палочку, широко распространенную в природе и весьма популярную у экспериментаторов бактерию. Они называют ее «дрозофилой молекулярной биологии»…

Маскарад вирусов

Вирусы вызывают сотни болезней животных, растений и даже бактерий. На их долю приходится и свыше 500 — более половины всех известных инфекционных заболеваний современного человека, и среди них такие грозные, как оспа, бешенство, полиомиелит.

Однако своеобразным рекордсменом среди вирусов — по числу своих жертв — был и остается возбудитель гриппа. Первенство он держит с 1918 года, когда «испанка» унесла 20 миллионов мужчин, женщин и детей. С тех пор человечество внимательно и с опаской следит за появлением вируса гриппа на всех континентах. Грипп, как ни горестно признаваться в этом в последней четверти XX столетия, по-прежнему остается так называемой неуправляемой инфекцией.

А более 30 лет назад казалось, что победа близка. В 1949 году были получены первые образцы противогриппозной вакцины. Испытания ее в лаборатории обнадеживали. Считалось, что через 3–4 года начнется планомерное, победоносное наступление на грипп.

К этому времени появились уже первые успехи в профилактике полиомиелита. Они внушали уверенность в близкой победе над гриппом. Небо над вирусологией стало ясным и лучезарным. Если бы не два маленьких облачка: гриппоподобные заболевания непонятной природы и замеченная в те годы странная изменчивость вируса гриппа. К тому же массовые испытания противогриппозной вакцины не дали желаемого результата: эффективность ее, к сожалению, оказалась не так высока, как хотелось бы.

Сразу же оговорюсь: источники эпидемий гриппа — вирусы типа А и В. С вирусом А связаны наиболее крупные эпидемии, синхронно повторяющиеся во многих странах мира с промежутками от одного до трех лет (в последнее время эпидемии гриппа А возникают почти ежегодно!). А эпидемии, вызванные вирусом типа В, носят более ограниченный характер и повторяются с интервалом в 3–4 года. Поэтому, рассуждая о гриппе, мы сосредоточимся на вирусе А, который появляется в одной из своих разновидностей (о них будет сказано позднее) среди людей и причиняет им наибольший урон.

Постепенно два облачка разрастались в тучу: кроме гриппа, среди людей продолжали разгуливать гриппоподобные заболевания (сейчас уже известно более сотни их возбудителей). Стала понятна и одна из главных причин недостаточной эффективности вакцин: вирус гриппа довольно быстро менял свое обличье.

Существо этой изменчивости было расшифровано сравнительно недавно. «Верхнее платье» вируса — его «выходной», а точнее, «входной» костюм чрезвычайно практичен. Его можно было бы назвать и «охотничьим» костюмом: он прекрасно приспособлен для охоты на клетку. «Сшит» костюм из двух основных белковых материалов — гемагглютининов (с их помощью вирус прикрепляется к поверхности клетки — жертвы) и нейраминидаз (чьи ферменты снимают стражу у крепостных ворот, когда вирусу нужно проникнуть в клетку, а затем и выйти из нее).

Но и организм встречает вирус «по одежке»: именно белковая оболочка — сфера приложения защитных сил. Стоит смениться хоть какой-то части белкового одеяния вируса, и ранее выработанные антитела уже недействительны.

Как же часто происходит смена вирусной «моды»? Примерно раз в десять лет (иногда и реже, но достаточно ритмично) вирус гриппа меняет свой белковый туалет, вернее, какую-то его часть. Интересно, что ничего подобного не наблюдается среди других вирусов.

Белковые оболочки вируса «печатаются» в клетках жертвы по заказу, а точнее — по приказу вирусной нуклеиновой кислоты. Что же заставляет ее менять свои предыдущие команды? Здесь-то и заключена загадка.

Сейчас мне предстоит рассказать вам о двух противоборствующих точках зрения на природу изменчивости вируса гриппа.

Вот первая из них.

В лабораторных экспериментах чувствительные клетки заражали вирусом гриппа с разными нейраминидазами. В результате получили не только точные копии исходных вирусов, но и вирусы с перегруппированными фрагментами.

Механизм такой перегруппировки (рекомбинации) более или менее понятен.

Нить нуклеиновой кислоты вируса гриппа состоит из восьми отдельных фрагментов. Каждый из них заменяется сравнительно легко… Меняется фрагмент нуклеиновой кислоты, немедленно меняется и соответствующий ему белок в оболочке вируса.

Но вот откуда берутся эти новые фрагменты? Казалось бы, им неоткуда взяться.

Этот вопрос и озадачил исследователей. Он как будто вел в тупик. Пока не начали изучать грипп зверей и птиц. Оказалось, что среди домашних и диких животных циркулируют вирусы, напоминающие возбудителя гриппа человека. Особенно много их было выделено от птиц, в том числе и перелетных. Гибриды вирусов гриппа различных типов выделили, например, от уток, вирус гриппа, похожий на человеческий, обнаружили у китов.

Обратите внимание: у птичьих вирусов встречаются все виды нейраминидаз, что у человека и других млекопитающих. Например, нейраминидазы вирусов, циркулировавших с 1933 года по 1957-й, а также нейраминидазы так называемого «азиатского» гриппа, появившегося после 1957 года.

Так возникло предположение: возникновение новых вариантов вируса гриппа связано с взаимоотношениями организмов в природе и обменом вирусами гриппа человека и животных. В пользу этой гипотезы говорит и то, что у людей и птиц выделены варианты ныне циркулирующих вирусов гриппа человека.

И все-таки пока это не более чем догадка. Хотя в лабораторных опытах и получают рекомбинации вирусов человека и животных, никто не наблюдал таких явлений в природе. Неясно, каким образом новые варианты вирусов, если они возникают у животных, могут заражать человека. Потребуется немало усилий, чтобы выяснить это.

Я изложил одну из существующих гипотез. Слов нет, выглядит она логичной, стройной и поэтому весьма привлекательной. У нее много сторонников. Один из самых темпераментных — директор Института вирусологии имени Ивановского академик АМН СССР В. Жданов.

Однако другие ученые, к ним принадлежит и академик А. Смородинцев (в 30-х годах он и Зильбер первыми в нашей стране начали изучать вирус гриппа), считают, что искать причины изменчивости гриппа во взаимодействии с животным миром нельзя.

Да, в природе и в лабораторной пробирке можно встретить гибриды вирусов человека и животных. Но они нежизнеспособны и не столь уж и агрессивны. В Соединенных Штатах Америки циркулировал так называемый «свиной» грипп (его возбудителя выделяли у свиней). Но просуществовал он очень недолго и быстро угас. Он, правда, унес с собой человеческие жизни, однако медики отнесли эти жертвы в основном за счет вспышек сердечно-сосудистых, легочных, хронических заболеваний, которые обострились на фоне гриппа.

Человек — исконный хозяин вируса. И те десятилетия, которые отпущены человеку для жизни, равноценны миллиардам лет эволюции микроорганизмов (вспомним, что только за сутки может смениться несколько их поколений!).

За это нескончаемо долгое, с «точки зрения» вируса, время он непременно меняется. Но лишь в определенных пределах: конструкция его столь элементарна, что возможность для новых комбинаций весьма ограниченна. Замечено, все формы как бы исчерпывают себя за несколько десятилетий — срок, примерно равный продолжительности человеческой жизни, чтобы затем все началось сначала. Неужели сопряженная с человеком эволюция «научила» вирус таким способом обходить иммунологические барьеры, которые воздвигает на его пути организм?!

Итак, число антигенных разновидностей вируса гриппа конечно. Для возбудителя гриппа типа А их всего пять.

Каждая из них «царствует» отпущенное ей природой время, потом ее сменяет другая форма как будто специально для того, чтобы человеческий организм хоть раз за свою жизнь встретился с каждой из этих разновидностей.

Но если более или менее ясен этот круг, можно с достаточной вероятностью предсказывать возбудителей будущих эпидемий! Более того, держать наготове различные формы вирусов и их разновидности (культивируя их на колониях живых клеток), чтобы при первой же необходимости, а лучше впрок, готовить вакцины против ожидаемого гриппа.

Еще одно рассуждение: если все формы гриппа совершают полный круг за определенное время, а потом возобновляются, то в организме людей, родившихся в прошлом столетии, можно обнаружить знаки невосприимчивости к эпидемиям, которые существуют сегодня или еще не наступили.

И вот в то время, когда сторонники первой из изложенных нами гипотез отправляются на поиски возможных разновидностей вируса гриппа в мир зверей и птиц — на острова северных морей, в воды южного полушария, на Аляску и в Австралию, сторонники второй точки зрения обращаются к человеческому организму. Каждый ищет там, где ожидает найти. И, что самое удивительное, находит! Специальные исследования подтвердили: в крови пожилых людей существуют антитела против возбудителей гриппа, которые уже давно циркулировали или еще не циркулируют!

Но ведь исследования китов, уток, свиней и многих других представителей животного мира как будто убеждают в том, что один и тот же вирус гриппа (я имею в виду его нуклеиновую кислоту — болезнетворное начало) обнаруживается в разных царствах живого?..

Кроме крупных, заметных сдвигов в белковом обличье вируса (они связаны с заменой одного из фрагментов наследственного аппарата), наблюдаются и менее заметные, но из года в год прогрессирующие изменения гемагглютининов. Предложенные учеными объяснения этого белкового «дрейфа» подвергаются экспериментальной проверке.

И вот не так давно, в 1977 году, выделили возбудителя очередной эпидемии гриппа. Им оказался вирус, уже известный по волнам гриппа, прокатившимся в 1947–1956 годах.

Эпидемиологи Хабаровска выделили штаммы вируса и узнали старого знакомого. 30 с лишним лет назад он, как это водится у его собратьев, начал путешествовать по континентам, странствовал целое десятилетие, а потом исчез, уступив место другому вирусу. Уже с 1956 года следы его терялись в тумане. Но затем о нем — виновнике пандемии 1947 года — заговорили снова: когда антитела против него нашли у птиц, живущих большими колониями. Потом характерные генетические признаки этого возбудителя обнаружили у китов, а от уток выделили «гибриды» вирусов A1 и «Гонконг».

Вирус 1977 года стал «суперзвездой»: штаммы его были разосланы во все точки земного шара, где под эгидой Всемирной организации здравоохранения ведутся исследования по гриппу. Штаммы попали в страны социалистического содружества, Англию, Францию, ФРГ, США, Японию. О нем стали говорить все, причастные к вирусологии и эпидемиологии. Оживил он и споры сторонников двух основных позиций: в 1978 году очередная эпидемия гриппа была вызвана именно вирусом A1, который не давал о себе знать более 20 лет.

А истина? Она, как водится, где-то посередине. Как только на перекрестке современных наук удастся воздвигнуть стройное и гармоничное здание обоснованной теории гриппа, так все наблюдения приобретут в нашем сознании единственно верный смысл и займут подобающее им место в ряду других факторов.

Вероятнее всего, сойдутся и крайние точки зрения. Так было уже не раз, когда спорили страстные искатели истины.

В зеркале математики

Однажды я услышал шутливую формулу: «Математик это сделает лучше».

Что — это?

Понимай: все, решит любую самую сложную задачу.

И действительно, освоение космоса, изучение атмосферы и океана, предсказание землетрясений, цунами, погоды — едва ли не за самые головоломные проблемы современного естествознания берутся математики. Смелость, граничащую с дерзостью, математикам внушает их наука.

Мне нравится образ, который в свое время предложили красноярские биофизики, занимающиеся проблемами экологии. Я с интересом и вниманием слежу за их работами по моделированию биосферы. Так вот, размышляя о биосфере, они сравнили ее с часами Гулливера.

Помните свифтовских лилипутов? Они извлекли из кармана великана часы, старательно изучали их, видели отдельные детали — стрелки, цифры на циферблате. Но охватить взглядом весь огромный механизм не могли. Так и человек, стоящий на Земле, оказывается в положении карлика перед лицом гигантской биосферы.

Авиация и космонавтика, подняв исследователя высоко над Землей, дали ему совершенно новый обзор. И математика позволяет окинуть взором явление в целом, как бы сверху. Отраженная в математической модели, любая проблема, сколь бы сложной и запутанной она ни казалась, сбрасывает с себя шелуху подробностей. И сквозь нагромождение деталей, как по мановению волшебной палочки, проступают самые важные, главные ее черты — суть.

Лет 20 назад я попросил друзей познакомить меня с каким-нибудь математиком, пытливым и не отягощенным грузом традиций и предрассудков, не ослепленным блеском научных авторитетов. Это должен был быть человек отважный или достаточно молодой, чтобы житейская мудрость не остановила его от рискованного шага. Речь шла о неизведанной области, где шансы на успех столь же велики, как и возможность неудач.

Ко мне пришел взъерошенный паренек. Про него мне было известно немного: работал где-то конструктором, происходил из сугубо математической семьи (16 ее представителей, включая бабушку, маму, младшего брата, посвятили себя служению требовательной и ревнивой «царице наук»), как говорили, подавал надежды…

Сейчас Л. Рвачев уже доктор наук, известный ученый, заведует отделом эпидемиологической кибернетики Института имени Н. Гамалеи АМН СССР. А в тот памятный вечер он долго молчал, когда я как снег на голову обрушил на него ни мало ни много такой вопрос: можно ли описать языком математики эпидемию гриппа?

Скоро мы начали работать вместе. И я, кажется, окончательно заразился дерзостью математиков, решив во что бы то ни стало отразить в магическом зеркале модели эпидемию гриппа — болезни, которая стоит в одной строке с такими неотложными проблемами современной биологии и медицины, как сердечно-сосудистые заболевания и рак.

Час осознания

На долю гриппа приходится жертв больше, чем на все остальные инфекции. На его совести — 80 из 100 всех болеющих заразными болезнями. Грипп переносят каждые шесть из десяти заболевших детей и четыре из десяти взрослых, зарегистрированных в поликлинике (понятно, что данные эти далеко не полные: ведь не все обращаются к врачу!). Мало этого, грипп «подхлестывает» сердечно-сосудистые, легочные заболевания. Тяжелый урон здоровью людей и весомый экономический ущерб народному хозяйству (затраты на лечение, социальное страхование, потери рабочего времени — они исчисляются миллиардами рублей!) делают проблему чрезвычайно острой. За 40 лет — в период между 1936-м и 1976 годом — в Ленинграде было зарегистрировано 29 эпидемий гриппа, из них семнадцать эпидемий гриппа А (он вновь и вновь доказывает свою экспансивность!), 6 эпидемий гриппа В и 6 — смешанного происхождения…

Есть и еще одна важная черта эпидемий гриппа: они носят глобальный характер. Уроки гриппа весьма печальны, но они с неизбежностью напоминают нам, что мы живем на маленькой планете, где здоровье школьника из Воронежа нередко зависит от событий, развернувшихся в нигерийской деревне, а скромный исландский клерк, сам не ведая об этом, связан множеством нитей с австралийским пастухом или латиноамериканским студентом.

Во время больших эпидемий, то есть не реже одного раза в три года, а практически и того чаще, грипп поражает треть, а то и более всего населения.

Я хотел бы прямо обратиться к молодому читателю: к тому, кто примеряет науку к своей будущей жизни. Грипп — одна из твердынь, не взятых пока вирусологией. Здесь непочатый край дел и истинный простор для самоотверженного сердца. Подумайте, не ваша ли это стезя?

Хроника одной эпидемии

Частые звонки междугородных телефонных вызовов, стрекот телетайпов — все сообщения, стекавшиеся в Ленинград, во Всесоюзный центр по гриппу, убеждали в том, что обстановка под стать боевой.

5 января 1976 года в Хабаровске началась эпидемия гриппа. Ровно через неделю она распространилась на Москву, Ленинград, Горький (заметим в скобках, что с этими городами Хабаровск связан по воздуху наиболее интенсивно). А ко второй декаде января волна гриппа захлестнула центральные города Российской Федерации, Северного Кавказа, Урала, Латвии и Дальнего Востока. К концу месяца эпидемия захватила Украину, Белоруссию, всю Российскую Федерацию. И лишь в последнюю очередь в нее были вовлечены районы Средней Азии и Закавказья. К концу февраля практически во всех городах европейской части СССР, Сибири и Дальнего Востока заболеваемость, достигнув своего пика, пошла на убыль.

Примерно за полгода до этих драматических событий в различных странах Океании и Юго-Восточной Азии: Австралии, Новой Гвинее, Филиппинах, Сингапуре — были выделены штаммы вируса гриппа А, родственные между собой. В последние три месяца 1975 года эти вирусы вызвали вспышки гриппа на Гавайских островах, в Малайзии, Корее, Гонконге. Эпидемия в Японии началась в середине ноября в городах Токио и Осака.

Из Японии грипп распространился на территорию СССР. Как вы уже знаете, события развивались лавинообразно.

Почему я столь подробно, с явной увлеченностью передаю вам официальные данные сводок? Почему для меня в этой сухой информации звучит торжество знания? Потому что ни в одном из сообщений, поступивших в Ленинград, не было ничего неожиданного: все они были предсказаны! Задолго до наступления пика эпидемии и Центр и Министерство здравоохранения СССР знали, как будут развиваться события, и могли готовиться к ним, организуя транспорт, врачей, больничные койки, медикаменты.

По прогнозу (он лег на столы всех заинтересованных людей во всех заинтересованных ведомствах) следовало, что эпидемия в стране будет продолжаться до конца марта, в каждом городе (грипп в первую очередь захватывает крупные города) продержится до пяти недель, поражая 7–15 процентов населения. Далее для каждого из городов было приведено время начала эпидемии, пика и окончания. Так, в Новосибирске начало эпидемии ожидалось 19–25 января, пик ее приходился на 9–15 февраля, окончание — на конец февраля, точнее, между 23-м и 29-м…

Такие же данные были приведены еще по 100 самым крупным городам страны.

В самом начале эпидемий, опираясь на исходные данные о заболеваемости в Хабаровске, электронный прогноз уточнили еще раз. Расчеты компьютера практически полностью (если уж быть предельно точными — с минимальной ошибкой) совпали с ходом реальных событий.

Открытие формулы

«Измеряй все доступное измерению и делай недоступное измерению доступным», — писал Галилей.

Человек всегда стремился заглянуть в будущее. Древние греки совершали паломничества к храмам, в шелесте листвы священного дуба и лавра ловили голос прорицателя. В наши дни храмы (науки) строят по типовым проектам. А общение с электронным оракулом входит в служебные обязанности сотен людей и буднично называется прогнозированием.

Став делом будничным, прогнозирование не перестало быть делом трудным. Судите сами. Нам предстояло описать языком математических символов (и описать достоверно, иначе вся эта работа абсолютно бессмысленна) такое невероятно сложное явление, как нашествие гриппа. На чем же нам предстояло сосредоточиться?

На том, что у человека нет врожденного иммунитета к гриппу и лишь у новорожденного есть антитела, которые он получает от матери; на седьмом месяце жизни антитела эти исчезают, чтобы вновь появиться в крови лишь после встречи с возбудителем, на вторые или третьи сутки болезни?

На том, что приобретенный иммунитет достигает наиболее высокого уровня на 10–14-й день?

На причине эволюции двух основных поверхностных антигенов у вируса А (на ней-то и скрестили шпаги лучшие умы вирусологии!)?

На зарождении особо свирепых вирусов в тропических странах Юго-Восточной Азии, Австралии и Океании?

На том, что грипп обычно заносится в нашу страну — в Москву, Ленинград, Хабаровск, Алма-Ату? Стоп! Мы, кажется, почти у цели.

Как это ни парадоксально, но, стремясь держаться как можно ближе к жизни, мы намеренно отвлеклись в нашей модели от биологической сущности гриппа, от особенностей его жизни и поведения. Кроме одной: вирус охотно пользуется достижениями современной цивилизации. Путешествуя на воздушных лайнерах и в скоростных поездах, он стремительно завоевывает весь земной шар… И мы сконцентрировались именно на этом.

Создавая математическое подобие эпидемии, мы посмотрели на нее как на результат контактов. Так, уровень восприимчивости к вирусу мы определяли пропорционально плотности населения города (то есть опять-таки через возможность контактов!). Отвлекаясь от разнообразных экологических условий такой огромной страны, как наша (к ним, разумеется, реальный вирус очень чувствителен), мы обратились к ее уникальной транспортной сети.

Теперь, когда все мытарства по выяснению «объема пассажиропотоков», как говорят работники транспортных ведомств, позади, могу для примера сказать: в модели требуется учесть восемь тысяч показателей только для того, чтобы отразить один день работы Министерства путей сообщения, гражданской авиации, автомобильного транспорта.

Год мучительных поисков затратили мы на то, чтобы найти подходящее математическое описание путешествиям по воздуху, воде, шоссейным и железным дорогам между крупнейшими городами страны. И, справившись с этим, получили своего рода «демографическую» модель страны, как если бы ее населяли люди условного племени «Гомо мобиле» — едущие, летящие, плывущие, спешащие из одного пункта в другой.

Введите в эту модель данные о первых днях заболеваемости с момента вспышки гриппа, нажмите кнопку «Пуск», и в машине начнется «эпидемия» (естественно, циркулировать будет условный вирус, некая информация о нем). Если модель «работает», ЭВМ сразу же выдаст прогноз для всех городов на три месяца вперед, которые обычно длится эпидемия.

Я посоветовал коллективу молодых математиков, который сложился в Институте эпидемиологии и микробиологии, начать с эпидемии, которая возникла в результате наступления изменившего белковый наряд вируса. И это означало, что иммунитета к нему практически не существовало. Следовательно, развитие событий зависело от чисто внешних причин — контактов.

Началась эпидемия в Ленинграде. Мы взяли данные о ходе событий в этом городе за первые десять дней (количество больных, здоровых и невосприимчивых, сведения о населении и площади города, об обратившихся за это время к врачу, о всех приехавших и уехавших) и предложили машине просчитать развитие эпидемии в соответствии с математической моделью.

Когда сравнили реальную кривую заболеваемости в Москве во время эпидемии с той ломаной линией, которую прочертила ЭВМ, они практически совпали. Пик эпидемии и ее окончание совместились. Были и отклонения, конечно, но весьма незначительные: так машина на день «отсрочила» эпидемию в Москве, а число заболевающих ежедневно на протяжении двух с половиной месяцев определила с погрешностью не более 5–6 процентов. Основные ошибки машина совершила, прогнозируя субботние и воскресные дни. Она никак не могла взять в толк, что заболевшие предпочитают брать больничный лист с понедельника.

По всем городам ЭВМ дала четкий и достоверный прогноз. Неважно, что он был сделан годы спустя.

Впереди были массовые и весьма серьезные испытания нашей модели. Мы просчитали все эпидемии, прошедшие с 1957-го по 1980 год. Каждый раз машинный прогноз оказывался успешным и заблаговременным — на месяцы вперед. А ведь здравоохранение считает предсказание удовлетворительным, если удается предвидеть «самый трудный день» — пик хотя бы за неделю.

Слов нет, приятно было сознавать, что мы первые, что нет другой модели, охватывавшей бы всю страну, особенно такую огромную, как наша.

Была, правда, попытка прогнозировать грипп на экзотическом острове Тристан-да-Кунья в Атлантическом океане. Но здесь опыт по созданию модели скорее напоминал развитие событий в замкнутом пространстве лаборатории.

Возможность предсказать эпидемию до прихода ее в страну еще более заманчива. Но для этого нужно объединиться и действовать сообща в международном масштабе. Опыт научного сотрудничества весьма оправдал себя в глобальных экспериментах по изучению погоды и климата, по предупреждению об опасности цунами. Если существует всемирная служба Солнца, почему бы не создать всемирную службу гриппа?

С возникновением международной системы прогнозирования гриппа, к которой мы постепенно придем, я верю в это, предупреждать о наступлении эпидемии можно будет за несколько месяцев… (Уже сейчас над этой проблемой совместно работают страны СЭВ. В 1976 году построили совместно с болгарскими учеными модель эпидемии гриппа для 28 городов Болгарии. И эта модель действует.)

На пороге новой эпидемиологии

Многие десятилетия эпидемиологи довольствовались ролью фиксаторов и летописцев уже наступивших событий, большей частью горестных: эпидемий, поветрий, вспышек особо опасных инфекций…

Болезнь — своего рода эксперимент, который природа ставит над человеком. Лишенная нравственных исканий и мучений, она нередко придает подобным экспериментам планетарный масштаб. И тогда мы говорим о всемирных взрывах заразных болезней.

Постигая истину, ученые часто повторяют в своих опытах шаг за шагом путь природы. Но для эпидемиолога это, разумеется, невозможно. Ну в самом деле, можно ли искусственно вызвать массовые заболевания или испытывать на сотнях людей пусть самое перспективное лекарство? Точно так же невозможно экспериментировать с биосферой, которая у нас одна, или безнаказанно искажать климат Земли…

И вот эпидемиология вдруг обрела крылья, ей стал доступен эксперимент.

«Метод эксперимента, — писал Пастер, — …переданный нам великими умами: Галилеем, Паскалем, Ньютоном — верховный метод, достойный удивления и преклонения. Разум, прибегающий к этому методу, отрешился от всякой посторонней поддержки, от всякого метафизического предрассудка и опирается только на самого себя».

И добавлял: «Я имею слабость утверждать, что мечты экспериментатора составляют значительную часть его силы».

Эту силу придала эпидемиологу математическая модель. Он вдруг получил возможность заранее, проиграв на ЭВМ разные события, проверить, к примеру, как холод и затяжное ненастье изменят «индивидуальный портрет» эпидемии, или попробовать новую вакцину. И заставить планету в считанные минуты пережить десятки эпидемий, чтобы потом постараться предотвратить их в реальной жизни.

Компьютер кто-то сравнил с «машиной времени». Я думаю, сравнение точное: стремительный скачок в будущее, возвращение в давно прошедшие дни, остановки в любой точке Времени, словом, путешествие со скоростью мысли или еще быстрее, если быстродействие ЭВМ позволяет развить такую скорость.

Что касается нашей модели, то она неожиданно открыла важные и полезные вещи. Такие, скажем, как определенный порог контактов, ниже которого эпидемия не развивается вообще. Не исключено, что в будущем планирующие органы и администраторы будут намеренно снижать количество командировок в январе — феврале, чтобы здоровые люди как можно меньше сталкивались с носителями вируса. Интересно, что далее все «запреты» можно снять — машина утверждает, что транспортная активность играет роль лишь в «пусковом» периоде, а потом эпидемия уже разгуливает «сама по себе», подобно знаменитой киплинговской кошке…

Недавно я видел документальный фильм, он взволновал меня своим человеческим материалом.

Один из героев, почти мальчик на вид, обращаясь непосредственно к зрителям, рассказывал, как в Новосибирске под руководством маститого ученого они работали над математической моделью тяжелого хронического заболевания вирусной природы.

Однажды, проиграв на модели разные варианты, увеличили болезнетворное начало примерно в сто раз. Машина начала считать и очень скоро выдала кривую: вместо хронического, вяло текущего процесса — бурное, но краткое течение, заканчивающееся выздоровлением. Они подробно обсудили машинную догадку с шефом, известным математиком, и тот уехал в Москву. Потом они узнали, что он решил на себе проверить путь намеренной стимуляции болезни, который подсказывала ЭВМ, и попросил об этом врачей.

Они долго не соглашались. Метод был известен и раньше. Модель как бы «числом и мерою» определяла этот быстрый путь к выздоровлению. Но в ситуации острого риска. В этом было все дело. Ученый уговаривал, просил, убеждал врачей. И убедил наконец.

Интересно, что математик, увлеченный моделированием процессов иммунитета, проявил себя как истинный экспериментатор: постоянно вел дневник, записывал симптомы, точно фиксировал свое состояние. Вскоре он был здоров.

И создатели фильма размышляют, стараются понять: одно дело абстрактная вера в могущество математики, другое — жизнь и здоровье конкретного человека…

Я же, глядя на экран, думал о своем. Микробиология знает много трагических событий, когда исследователи расплачивались жизнью за свою любознательность и не видимые невооруженным глазом микроорганизмы оказывались для них смертоносным оружием. Чтобы доказать правоту своих идей, они заражали себя микробами, заболевали, погибали или выздоравливали.

Но даже для меня, специалиста, это осталось где-то там, на страницах истории, в разделе «Медицина драматическая». А тут — рядом, буднично: ученый, которого не раз встречал и встречаю в научных собраниях. И проблема, исполненная столь глубокого и неожиданного человеческого смысла…