4. Пространство СПИДа
Вирусы не раз вызывали эпидемии, память о которых — словно могильные камни, рассеянные по истории человечества. Открывающая эту главу цитата взята из хроники пришествия СПИДа в США. В ней описываются и волна негодования, и предрассудки, и взаимные обвинения, и недоумение публики. Там описываются самоотверженная работа немногих врачей и ученых — и ошеломительная неспособность многих организаций и политических деятелей осознать масштаб проблемы, их попытки оттянуть принятие нужных мер.
Мое мнение может показаться некорректным и неразумным, но я считаю: даже такая чудовищная трагедия многому нас научила, дала новое знание. Но это мое мнение, конечно же, основано на ретроспективном анализе. Когда новый и неизвестный ранее вирус прибыл на американские берега в 1976 году, немногие (а может, и вообще никто) смогли понять, чем это грозит.
Ведь в отличие от, например, гриппа или оспы симптомы СПИДа не указывают на источник болезни. ВИЧ-инфекция крадется среди людей тихо, почти незаметно. Заражение очень часто не привлекает внимания, остается нераспознанным. В худшем случае — легкое повышение температуры, сыпь. У половины же зараженных заражение не проявляется никак. Вирус долго скрывает свое присутствие. Иногда годами он прячется в клетках крови, называемых «лимфоцитами», и его жертвы не подозревают о нем. Но даже и в таком состоянии ВИЧ остается заразным и может передаваться через кровь и прочие телесные жидкости, а в особенности при половых контактах, гомосексуальных и гетеросексуальных. ВИЧ — это паразит, агрессивный партнер симбиоза, убийца, лишенный жалости и предрассудков. Он поражает и мужчин, и женщин, и младенцев, и стариков, и европейцев, и азиатов — всех. В период, когда зараза еще ничем себя внешне не проявляет, вирус мутирует с необыкновенной скоростью, и через два-три года после заражения исходный вирус уже невозможно распознать среди миллионов его потомков, соревнующихся за место в организме.
СПИД потряс наше общество до самых корней. Он — словно холодная тень, вставшая со страниц давней истории, от кошмара бубонной чумы и оспы. Распространяется новая погибель через молодых здоровых людей, передаваясь при сексе, и, в отличие от страшных болезней прошлого, действует тайно и зловеще, поражая и убивая иммунные клетки, как раз и предназначенные для борьбы с болезнями. Пока не появились современные противовирусные средства, разрушение иммунитета жертвы подвергало ее риску множества крайне неприятных заболеваний. Например, в организме размножались амебы, поражая кишечник и внутренние органы — в то время как обычный человек, в чей организм они регулярно попадают, например, с водой из-под крана, практически их не замечает. Обычно не вызывающие существенных поражений вирусы — например, причиняющий герпес цитомегаловирус — вызывают тяжелейшее заболевание. Кожа несчастных больных СПИДом испещрена сине-фиолетовыми опухолями, кровь их поражается жуткими формами лейкемии, поверхность их тел — и внутренняя, и внешняя — деформирована и повреждена взбесившимися от отсутствия сопротивления крошечными тварями. Это воистину адские муки, горше тех, какие воображал Данте, живописуя мучающихся грешников. Еще горше то, что зараза может передаваться от матери ребенку, кошмар чудовищных мук может передаваться из поколения в поколение. В особенности остро эта проблема встает в бедных развивающихся странах, где больные родители умирают, оставляя больных детей заботам несчастных дедушек и бабушек либо скверно оборудованных приютов. Зачастую таких детей попросту бросают.
У пандемии СПИДа два непосредственных виновника, родственных ретровируса, известных как «вирусы иммунодефицита человека», или ВИЧ-1 и ВИЧ-2.
Пожалуй, настало время рассказать подробнее о ретровирусах. Это большое и разветвленное семейство вирусов, объединенных тем, что их геном состоит не из ДНК, как у любых других форм жизни, а из родственных молекул РНК. Ретровирусы поражают практически все прочие формы жизни, от простейших морских беспозвоночных — таких, как морской слизень, — до приматов, включая человека. Жизненный цикл вирусов предусматривает внедрение их генома в ядра клеток носителя. Очень важно понять, зачем и почему вирусы это делают. Обычно ретро-вирусы распространяются при совокуплении или от матери к ребенку. ВИЧ-1 передается через мужскую смазку, выделяемую перед эякуляцией, через женские вагинальные выделения, предназначенные для смазывания влагалища при сношении, через сперму, кровь — например, при вторичном использовании нестерилизованного шприца. Заражение возможно и при грубом сношении, сопровождающемся повреждением кожи и слизистых оболочек, при родах, а также через материнское молоко при вскармливании грудью. Вирус проникает в кровь и находит клетки, где главным образом и обитает, — клетки иммунной системы, известные как «Т-лимфоциты хелперы», или, в научной классификации, CD4+T. Но вирус может размножаться и в других клетках, таких, как белые кровяные тела макрофаги, и в некоторых тканях и органах — прежде всего в яичках. Проникнув в Т-лимфоцит, вирус использует свой энзим, обратную транскриптазу, для превращения вирусной РНК в ДНК и затем внедряет эту ДНК в хромосомы лимфоцита. Этот типичный для всех ретровирусов процесс был открыт лауреатом Нобелевской премии Говардом Теминым, назвавшим встроенную ДНК-форму ретровируса «провирусом». Эта форма включает и гены-регуляторы, LTR, обеспечивающие воспроизведение вирусной РНК клеткой. Провирус остается в хромосомах все время жизни зараженной клетки и воспроизводится при каждом делении, попадая в дочерние клетки.
Находясь в клетке, провирус побуждает ее производить новые копии оригинального вируса, выходящие из клетки полностью готовыми заражать другие клетки. Распространяясь с кровью, вирусы попадают в половые органы — откуда через спаривание вирус попадает в другие организмы. Существует несколько разновидностей ВИЧ-1, распространяющиеся отчасти по-разному — или с точки зрения симбиоза ведущие себя различным образом по отношению к носителю. Это обстоятельство объясняет недоразумения, непонимание и ханжество, зачастую сопровождавшие распространение СПИДа в начале его истории. Разновидность, чаще всего встречающаяся в США и Западной Европе, распространялась преимущественно через гомосексуальные половые контакты и вторично используемые шприцы, а также через используемую для переливания кровь. Это создало почву для развития предрассудков. Но разновидность, вызвавшая куда большую по масштабам эпидемию СПИДа в Африке — и все более распространяющаяся по Азии, — передается через гетеросексуальный контакт и от матери к ребенку.
Думаю, в пришествии страшной болезни, подобной СПИДу, нет совершенно ничего апокалиптически искупительного либо морально очищающего. Как и все вирусы, ВИЧ-1 по сути своей аморален. В природе встречается множество вирусов иммунодефицита, и я далее представлю свидетельства того, что человечество на протяжении своей эволюции не раз страдало от эпидемий, вызванных этими вирусами, которые распространялись главным образом через предпочитаемые людьми гетеросексуальные контакты. Склонность некоторых разновидностей ВИЧ распространяться через гомосексуальные контакты, загрязненные иглы, кровь попросту отражает изменчивость вируса, способность использовать новые эволюционные возможности. Если и возможно извлечь какой-то урок из эпидемии СПИДа, так это урок о невозможности применения человеческой морали либо норм поведения к болезнетворным вирусам.
Даже и сегодня, вопреки брошенным правительствами миллиардам долларов на поиски лекарства от СПИДа, болезнь остается неизлечимой — хотя страдания больных можно в значительной степени облегчить. Жизнь их можно продлить, как можно уберечь их от большей части жутких вторичных инфекций. На время написания этих слов в мире умерло от СПИДа около тридцати миллионов человек; по оценке ООН, в 2007 году в мире было еще около тридцати миллионов зараженных, из них более двух миллионов — дети. В прогнозе, опубликованном годом ранее, ООН предсказала: в ближайшем будущем только в Африке будет более девяноста миллионов больных СПИДом, что приведет к появлению восемнадцати миллионов сирот.
Стоит задаться вопросом: отчего же столь простое существо, как вирус, с геномом всего лишь из трех генных участков, кодирующих не более десятка генов, оказалось столь упорным и непобедимым врагом?
Я полагаю, ответ прост: пандемия СПИДа — эволюционный феномен. А таким явлениям очень трудно препятствовать. По-видимому, мы имеем дело с продуктом длинной истории заражения животных ретровирусами подобного типа. Ретровирусы имеют большой эволюционный опыт, прекрасно отлаженные поведенческие стратегии. Когда ВИЧ впервые повстречался с человеком, вирус уже был запрограммирован на требуемый вид поведения. Поэтому, хотя такая человеческая пандемия едва ли предсказуема, целиком неожиданной назвать ее нельзя.
Вирусы очень малы — в среднем в тысячу раз меньше бактерий. Геном их относительно прост. Но это не повод недооценивать их биологическую роль — а она, как мы увидим, исключительно важна в эволюции. И чтобы оценить эту роль должным образом, рассмотрим пристальнее, откуда и как произошли вирусы ВИЧ-1 и ВИЧ-2.
В 1995 году мое внимание привлекла статья в «Сайнтифик америкен», напечатанная восемью годами ранее — как раз во времена разгоревшейся эпидемии СПИДа, вызвавшей всеобщее смятение и отчаяние. Авторы этой статьи — профессор Макс Эссекс, глава отделения биологии рака и президент гарвардского Института ВИЧ, и его аспирант Филис Дж. Канки. Название — «Происхождение вируса иммунодефицита человека». Название не то чтобы интригующее, но подзаголовок гласил: «Вызывающий иммунодефицит вирус не единственен». Далее следовало объяснение того, что печально известный ВИЧ-1 имеет близких сородичей, обитающих и в человеке, и у африканских обезьян (и низших, и человекообразных). В особенности же провокационным выглядело утверждение о том, что некоторые из этих родственных ретровирусов научились сосуществовать с носителями, не приводя их к болезни.
Что же могло побудить вирусы, сравнимые с ВИЧ-1 по возможной смертоносности, настолько изменить поведение? Я был заинтригован и связался с профессором Эссексом, а тот любезно согласился поговорить со мной.
К весне 1995 года я уже усвоил и принял идеи Терри Йетса, Джошуа Ледерберга, проинтервьюировал многих ведущих вирусологов Европы и Великобритании, работающих в столь различных областях, как ботаника, зоология и молекулярная биология, и осознал: если подходить к проблеме как врач, считая ВИЧ злом, однозначно вредящей человеку сущностью (что представляется целиком логичным, не правда ли?) — объективности не добьешься. Вирусы не добры и не злы. Потому для отыскания эволюционных причин возникновения СПИДа нужно отрешиться от свойственного врачам «человекоцентричного» подхода и принять нейтральную позицию — сколь бы она ни казалась противоестественной мне, врачу. Став в позицию бесстрастного наблюдателя, я решил искать ответ на вопрос: чего же именно — глубокого, фундаментального — из происходящего в мире вирусов мы пока не замечаем и не понимаем? Возможно ли, что мы пока не осознаем некой основополагающей истины, способной перевернуть наше представление о вирусах, вывести на новый уровень понимания их? С такими мыслями я планировал свое возвращение в Америку в феврале 1995-го, собираясь поговорить со многими экспертами-вирусологами в Йеле и Гарварде — а среди гарвардских коллег и с Эссексом. К сожалению, как раз в начале недолгого — всего несколько недель — моего запланированного пребывания в Америке Эссекс должен был Америку покинуть, и мне пришлось ограничиться телефонным разговором за два дня до вылета из Англии и затем недолгой встречей в суматохе и беготне вашингтонского аэропорта.
Я и сам занимался исследованиями иммунного отклика на переносимые кровью вирусы и с энтузиазмом предвкушал встречу с коллегой, разделявшим мой интерес к иммунитету. Именно Макс Эссекс впервые открыл связь между СПИДом — ужасающим крушением иммунной системы, открывающим дорогу множеству вторичных заболеваний, характерных для СПИДа, — и ретровирусами, обитающими в животных и человеке. В первые годы после обнаружения СПИДа именно Макс Эссекс предположил, что причиной СПИДа является ретровирус.
Я спросил Эссекса, почему же он стал исследовать вирусы. А он объяснил, что интерес к вирусам возник у него как к возможному источнику хронических заболеваний, в частности рака.
— Когда я только начинал учебу — то есть в конце шестидесятых, было уже ясно: некоторые формы рака у животных вызываются вирусами, — сказал Эссекс. — Но насчет людей оставалась неясность, и продолжалась полемика о возможности вирусного рака у людей.
Мы поговорили немного о его недавних исследованиях, об установленной связи между болезнями и ретровирусами.
— При мне в нашей лаборатории была открыта пара-другая вирусов, чьими носителями являются кошки и обезьяны, и это показало весьма убедительно: обитающие в организме долгое время ретровирусы — а это оказались именно ретровирусы — на самом деле могут причинять хронические заболевания, такие, как лейкемия и другие виды рака. А при изучении этих заболеваний обнаружилось: у зараженных вирусами кошек перед развитием рака проявлялось сильнейшее подавление иммунной системы, и, даже если рак не развивался, поражение иммунной системы все же происходило. Нетрудно было установить: поражение иммунной системы происходит именно из-за ретровируса. Это открытие приобрело большое значение, когда Роберт Галло обнаружил первый ретровирус, чьим носителем мог быть человек.
Ретровирус, упомянутый профессором Эссексом, — это вирус Т-клеточной лейкемии человека, HTLV-1, причиняющий рак крови, то есть поражающий белые кровяные тельца, лейкоциты, играющие ключевую роль в сопротивляемости организма вирусной инфекции, да и вообще любому чужеродному вторжению в кровь либо ткани организма. Стоит отметить, что изучение вирусной лейкемии, по сути, началось еще в 1976 году, когда японский исследователь доктор Киёши Такасуки занялся недавно открытой формой лейкемии. При ней пораженные клетки деформировались странным образом, напоминая собранные воедино лепестки цветов. Такасуки заметил: почти все больные поступали с Кюсю, большого острова на юго-западе Японии. Такасуки отправился на Кюсю и обнаружил: в местных госпиталях много больных с новой странной формой лейкемии. В те времена еще никто не знал причины заболевания, названного «Т-клеточный лейкоз-лимфома взрослых». Затем, как уже отмечалось здесь, Роберт Галло с коллегами из Национального института здравоохранения США нашли причину болезни, ретровирус, в крови двадцативосьмилетнего больного из Алабамы, страдавшего от лимфоидного рака кожи. Двумя годами позже японские вирусологи Иорио Хинама и Мицуаки Йошида сумели выделить тот же ретровирус из крови японских больных. Этот вирус, известный теперь как «вирус Т-клеточной лейкемии (лейкоза) взрослых», или HTLV-1, и был первым обнаруженным ретровирусом, чьим носителем является человек.
— Это произошло еще до идентификации ВИЧ? — спросил я Эссекса.
— Да, еще до того. Пожалуй, как раз тогда ВИЧ начал распространяться в США, но его еще не распознали и не определили СПИД как отдельную болезнь.
Так наша беседа подошла к очень важному моменту в истории раннего исследования СПИДа, и я постарался разговорить профессора.
— Тогда Национальный институт рака совместно с японскими коллегами проводил семинар в Сиэтле, чтобы определить, насколько важную роль могут играть человеческие ретровирусы. Я был одним из председателей семинара, приехал туда вместе с Галло и полудюжиной людей из его лаборатории. Японских исследователей было пять или шесть, Хинама, Иёши, Йошида и Такасуки среди них, — то есть люди, внесшие фундаментальный вклад в исследование лейкемии. При обсуждении проблемы стало ясно: многое нужно, даже очень нужно делать — а пока ничего не делается. Я предложил выяснить, могут ли человеческие ретровирусы, такие, как вирус Т-клеточной лейкемии, подавлять иммунитет наподобие того, как подавляют иммунитет кошачьи ретровирусы — ведь и в том, и в другом случае поражаются одни и те же клетки, лимфоциты. Мне предложили заняться этим самому.
— А какие же клетки иммунной системы поражает вирус Т-клеточной лейкемии?
— Лимфоциты Т4 — те самые клетки, какие поражает и ВИЧ. Не совсем еще ясно, через одни и те же рецепторы происходит заражение либо через разные, — но клетки определенно те же самые. И стратегии поведенческие одинаковые: заражение через секс и от матери к ребенку, хотя ВИЧ, кажется, более эффективно передается через кровь, чем HTLV-1.
И по сей день HTLV-1 остается причиной многих случаев лейкемии в Японии и США, среди аборигенов Австралии, в Перу, Колумбии, Эквадоре, Африке, в странах Карибского бассейна и среди эскимосов Северной Канады. По словам Эссекса, распространяется эта лейкемия почти как СПИД, хотя от страны к стране доминирующие способы распространения болезни отличаются. В Японии вирус распространяется главным образом от матери к ребенку при кормлении грудью, а в обеих Америках и Австралии — через сексуальные контакты и через зараженные шприцы для инъекций, кровь для переливания и препараты на ее основе. И проявление заболевания также напоминает СПИД — большинство пациентов умирают от последствий разрушения иммунной системы. Лишь у малой части пациентов развивается поражение нервной системы и у еще меньшего числа, по истечении долгого времени после заражения — рак крови. Сходный вирус, HTLV-2, поражает тех, кто вводит внутривенно наркотики.
Я весь превратился в слух, когда Эссекс рассказывал о том, как раскрывалась тайна пандемии СПИДа, о первых шагах к разгадке.
— Мы изучали подавление иммунитета при заражении HTLV и совместно с Галло выдвинули гипотезу о ретровирусах как возможной причине СПИДа. И как раз в это время, в канун 1982 года, было объявлено о клиническом определении СПИДа как отдельного заболевания. Еще до открытия ретровируса, вызывающего его, мне позвонил глава Центра изучения приматов в Новой Англии Рон Хант и сообщил: случаи, подобные описанному нами подавлению иммунитета у кошек и подавлению иммунитета у человека при СПИДе, наблюдаются в его обезьяньем питомнике при Гарварде — этот питомник располагается в полусотне километров от кампуса медицинского факультета. Хант попросил меня приехать и обсудить ситуацию — возможно, я смогу указать на причины заболевания? Я приехал, побеседовал с Роном, с Норманном Летвином и еще с парой исследователей и предложил взглянуть на образцы крови и тканей. Мы обнаружили вирус у животных, больных лимфомой, и у тех, кто жил с ними рядом, хотя еще и не болел. Используя электронный микроскоп и серологические методы, мы доказали — это был ретровирус. У многих болевших лимфомой обезьян и у тех, кто лимфомой не болел, но был заражен и страдал от подавления иммунитета, обнаружились антитела к вирусу, кросс-реактивному и морфологически сходному с вирусом HTLV-1, заражавшим японцев. Когда же был обнаружен вирус, вызывавший СПИД, то есть ВИЧ-1, у нас уже были образцы вируса, вызывавшего подавление иммунитета у обезьян, и мы задались вопросом: насколько схож этот вирус с ВИЧ-1? Я сотрудничал тогда с Роном Дестрозье и Нормой Летвин, работы в моей лаборатории координировала Филис Канки, в то время моя аспирантка. В крови у больных обезьян мы обнаружили неизвестный ранее вирус, названный нами STLV–III. Это был вирус, теперь известный как ВИО (вирус иммунодефицита обезьян). Конечно, открытие вируса иммунодефицита обезьян сыграло важнейшую роль в нашем понимании происхождения СПИДа. Но это открытие позволило сделать важное заключение о происхождении вируса — ведь в те времена еще никто и понятия не имел, в каком месте Земли и от чего произошел вирус иммунодефицита человека. Как только мы поняли, что нашли у обезьян вирусы, родственные ВИЧ и HTLV-1, то заключили: наиболее вероятное место происхождения ВИЧ и HTLV-1 — Африка, и, возможно, переходное звено от обезьяньего вируса к человеческому тоже стоит поискать в Африке. За год-два до того голландские и бельгийские исследователи опубликовали работы по клинической диагностике СПИДа у африканцев. И потому мы сказали себе: «Может, нам стоит присмотреться к африканцам с высоким риском СПИДа: проституткам, пациентам с венерическими заболеваниями и, возможно, к больным заразными болезнями — и поискать вирус переходной формы от обезьяньего к человеческому». Мы исследовали образцы крови у людей этой группы риска и нашли кросс-реактивные антитела, а затем и сам вирус.
О каком же вирусе говорил Эссекс?
— Люди были заражены вирусом, очень напоминающим обезьяний, практически неотличимым от него, — сказал профессор. — Этот новый вирус был родственен ВИЧ-1, но ощутимо от его отличался.
Как и ВИЧ-1, этот второй по счету ретровирус человека был выделен Люком Монтанье из Института Пастера и определен как второй вирус иммунодефицита человека, или ВИЧ-2. Меня очень заинтересовало родство между этим вирусом и ВИО, ранее открытым группой Эссекса.
— Позднее обнаружилось, что обезьяны Западной Африки бывают носителями целого ряда вирусов иммунодефицита. Некоторые из них, в частности обезьяны-эндемики, например мартышки мангобеи, являются носителями вируса, неотличимого от ВИЧ-2, поражающего живущих на этой территории людей. При этом существуют разновидности ВИЧ-2, поражающие людей на разных территориях, и они существенно отличаются друг от друга, но вирусы у людей и обезьян, живущих на одной территории, не отличаются.
Я глубоко задумался над услышанным. Обезьяний вирус иммунодефицита и человеческий ВИЧ-2 — это практически один и тот же вирус. Говоря словами профессора: «Попросту мы зовем его одним образом, когда он у обезьян, и другим, когда у людей». Но из этого заключения следует очень важный вывод: что ВИЧ-1 перешел к людям от группы шимпанзе, у которых он свободно распространяется в тканях и внутренних органах, но болезни не вызывает. Подобно ВИЧ-1 у шимпанзе, ВИО также свободно размножается в тканях мангобеев, не вызывая заболевания. Но при встрече с новым подходящим носителем вирус ведет себя очень агрессивно. Для подтверждения достаточно вспомнить события в обезьяньем питомнике Гарварда, где африканские мангобеи, носители ВИО, были помещены в один вольер с азиатскими макаками. А вспомнив, не слишком удивишься и возможности заболевания людей после контакта с шимпанзе, носящими сходный с ВИЧ-1 вирус обезьяньего иммунодефицита.
Придя к такому выводу, я начал задавать вопросы:
— Предположим, что некий вирус уже долгое время обитает в животном и оба достигли в развитии той стадии, когда сосуществование с вирусом не приносит вреда животному. И вот некий сходный вид животных приходит в контакт с данным видом. Кажется весьма вероятным, что вирус, перекочевав от одного носителя к другому, начнет себя вести до крайности агрессивно. Возможно ли, что это есть проявление эволюционного механизма? А вдруг это симбиотическое проявление эволюции, развитие сосуществования между вирусом и носителем? Но что тогда получает животное-носитель от сосуществования? На ум немедленно приходит вывод: польза хотя бы оттого, что животное близкого конкурирующего вида, захотевшее занять экологическую нишу нашего животного, погибнет от заболевания, вызываемого поменявшим хозяина вирусом.
— Да, вполне логичная гипотеза, — согласился Эссекс. — Я мыслил сходным образом и пришел к похожим выводам. Они отражены в моих публикациях — например, в статье, опубликованной в «Сайнтифик Америкэн». Там я сопоставил данные о поведении вируса обезьяньего иммунодефицита, заражающего различные виды обезьян, с данным Франка Феннера об эпидемии миксоматоза в Австралии. Когда первые европейцы привезли домашних кроликов в Австралию, те удрали и, поскольку в Австралии нет хищников, способных эффективно контролировать популяцию кроликов, нет ни лис, ни хорьков, кролики чрезвычайно размножились и принялись уничтожать посевы. Австралийцы решили уничтожить кроликов и заразили их миксоматозом — заболеванием для кроликов новым. Эпизоотия распространялась быстро и эффективно, истребив 99,8 процента популяции. Но затем случились две непредвиденные вещи. Первая: за четыре года выжившие размножились и новая популяция оказалась устойчива к миксоматозу — их не убьешь даже новыми его штаммами. Вторая: сожительствующий с кроликами вирус стал для них менее опасным. Думается мне, это бесспорное и ясное доказательство приспособления и носителя, и вируса к оптимальному выживанию обоих. Теперь, если привезти новых кроликов, их положение окажется незавидным. Пережившие эпидемию кролики носят в себе вирус, но могут с ним жить, могут оставаться совершенно нормальными и здоровыми, а носимый ими вирус остается в достаточной степени опасным и заразным, чтобы истребить новоприбывших кроликов-конкурентов.
Я сделал следующий шаг:
— Некоторые вирусы герпеса становятся в особенности болезнетворными, когда переходят от одного вида обезьян к другому. Не кажется ли вам, что и в случае ВИЧ мы наблюдаем то же самое?
— Конечно! — подтвердил профессор. — Думаю, самые яркие примеры этого — вирусы Herpesvirus simiri и Herpesvirus anteles. Они сосуществуют мирно, не вызывая болезни, с какой-нибудь одной разновидностью обезьян, скажем паукообразными обезьянами или беличьими саймири, но при переходе к другим разновидностям эти вирусы вызывают тяжелые, зачастую смертельные заболевания.
— То есть вы согласны, что в данном случае наблюдается пример индуцированного симбиозом эволюционного изменения?
— Думаю, можно даже доказать наблюдениями, что наиболее подверженные болезни обезьяны-конкуренты способны занять ту же экологическую нишу, что и носители вируса, и едят ту же пищу. В то же время обитающие на этой же территории обезьяны, занимающие другую нишу и едящие другую пищу, гораздо менее восприимчивы к вирусу.
Когда два или более партнера вступают во взаимовыгодный симбиоз, всякий партнер привносит качества, каких не хватает остальным. Роль носителя вируса в симбиозе очевидна: он предоставляет вирусу жилище и свой генетический механизм, позволяющий вирусу размножаться. Без носителя вирус не выживет. Польза от вируса не столь очевидна, но ведь ключевая особенность вирусов — то есть его эволюционная «черта» — это способность представлять собой смертельное оружие. Именно это вирус может дать носителю. На примере морского слизня Elysia chlorotica мы видели, как ретровирусы, спокойно обитающие в тканях и ядрах клеток, вдруг становятся агрессивными и убивают носителя в конце его жизненного цикла. В книге «Вирус X» я впервые выдвинул эволюционную концепцию «агрессивного симбиоза» как важного механизма (отнюдь не объявляя его единственным!) эволюции во многих естественных ситуациях, и прежде всего при взаимодействии болезнетворных вирусов и их носителей. Но определение и описание этого механизма было лишь первым шагом создаваемой мною теории. Оставалось еще выяснить, как именно, в эволюционном смысле, механизм работает, как развивается партнерство вирусов и их носителей в природе.
Начал я с пары разумных и логичных предположений. Первым делом я решил в общем и целом согласиться с концептуальной подоплекой эволюционных исследований в вирусологии. Также я принял, что дарвинизм и симбиогенез не являются взаимно исключающими. Есть убедительнейшие доказательства того, что в природе работают оба этих эволюционных механизма. А это значило, что каждый случай взаимодействия вируса с носителем нужно, во-первых, рассматривать как отдельное самостоятельное явление, а во-вторых, рассматривать его как с традиционно дарвиновской, так и с симбиогенетической точки зрения, а не порознь с той либо другой. Иногда доминирующим механизмом эволюции может оказаться дарвиновский, то есть выгода отдельного организма, селекция на уровне отдельных, «эгоистичных» генов. Иногда же доминирующим механизмом эволюции может оказаться нечто весьма близкое к симбиогенезу, то есть отбор будет работать в сторону улучшения взаимодействия вируса и носителя. И я не вижу причин, почему в определенных ситуациях не работать обоим механизмам одновременно: скажем, в начале может работать «эгоистический» отбор, но затем во главе угла окажется взаимовыгодное сосуществование. Такой подход вполне согласуется с оригинальной точкой зрения де Бари. Более того, он согласуется и с математическим моделированием, проведенным двумя оксфордскими исследователями, профессорами Андерсоном и Мэем, посвятившим в начале 90-х годов XX века немало времени исследованию динамики взаимодействия вируса с носителем, их коэволюции — дарвиновской теории, концептуально весьма близкой симбиотической точке зрения на сосуществование видов.
В последующие годы я продолжал работать над изучением болезней, вызываемых вирусами, их зарождения и развития, и обнаружил, что агрессивный симбиоз проходит в развитии через серию весьма специфических и отчетливых стадий. Предварительная стадия сводится к тому, что вирус находит нового для себя партнера. Образ взаимодействия вируса с этим партнером сильно зависит от того, насколько близок новому носителю вид, изначально носивший вирус. Если близок, то вирус может использовать прежние, уже хорошо развитые, отработанные стратегии размножения, если нет — должен искать новые, и потому сперва его способность передаваться от одного нового носителя к другому может быть невысокой. «Безымянный» («Sin Nombre») хантавирус перешел к людям от грызуна и, хотя убивал большой процент заразившихся, между людьми практически не передавался. Вызвавшие печально знаменитые эпидемии геморрагических лихорадок последнего времени африканские вирусы Марбург, Ласса, Эбола, южноамериканские Мачупо и Хунин вели себя так же. Ласса, Мачупо и Хунин перешли от грызунов и практически не могли распространяться между людьми. Еще не установлены с достоверностью природные носители Марбурга и Эболы, но их неспособность передаваться от человека к человеку тоже предполагает природного носителя, биологически весьма далекого от человека. В этих случаях генетическое различие между новым и старым носителями делает невозможной эволюционное развитие нового симбиоза. Но если вирус переходит от генетически родственного вида — например, вирус кроличьего миксоматоза, симбиотичный бразильскому лесному кролику, или вирусы ВИЧ и HTLV, перепрыгнувшие от мартышек и шимпанзе к близкородственному им человеку, — генетическое сходство носителей открывает путь эволюционной динамике. Поскольку механизм иммунитета и ткани нового носителя уже «знакомы» вирусу, прежние стратегии размножения вируса будут работать с новым хозяином почти так же, как и со старым. Более того, все такие «родственно-кочующие» вирусы обладают важным общим свойством: единожды попавши в нового индивида либо биологический вид, они уже никогда и никуда не уходят, ни из отдельного индивида, ни из пораженной популяции, ни из вида в целом. Это свойство в биологии называется «персистентностью», а такие вирусы называются «персистентными вирусами». Очевидно, столь долгое и по необходимости весьма тесное сосуществование влечет за собой значительные эволюционные последствия и для вируса, и для носителя.
Чтобы вирус мог долгое время сосуществовать с носителем, очевидно, носитель должен оставаться в живых достаточно долгое время. В некоторых случаях такое сосуществование может и не приводить к заметным болезненным проявлениям. Я даже осмелюсь предположить, что, скорее всего, довольно большое число вирусов вступают во взаимодействие с новыми носителями, не приводя к замечаемым нами болезням, и такое взаимодействие, естественно, чаще всего ускользает от нашего внимания. Но в случае миксоматоза и ВИЧ новый хозяин, будь то австралийский кролик или человек, не способен мирно сосуществовать с вирусом. Весьма устрашающий процент, 99,8 процента австралийских кроликов и около 98 процентов людей не могут пережить первый контакт с вирусами соответственно миксоматоза и ВИЧ-1. Вот это и есть первая стадия агрессивного симбиоза: вторгшийся вирус убивает всех, не способных вынести его присутствие. Я обозначил это ужасающее явление как «выбраковка болезнью». Так оно было с миксоматозом и кроликами и, надо думать, со СПИДом и нашими человеческими либо дочеловеческими предками, заселившими протяженную и непрерывную область африканских тропических лесов. Нетрудно представить, что «выбраковка болезнью» оставит от популяции новых носителей лишь часть, способную перенести присутствие вируса и потому генетически отличающуюся от остальных, вымерших членов популяции — и от прочих особей этого вида. Хотя выжившие могут и не быть целиком здоровыми и жить в среднем меньше, но главное в эволюционной перспективе то, что они способны долгое время сосуществовать с вирусом. Наступает время второй стадии агрессивного симбиоза: долговременное взаимодействие вируса и носителя, коэволюция, потенциально способная привести к выгоде для обоих.
Такова моя теория. Некоторые, возможно, не согласятся с нею — но таким скептикам замечу: теория вполне устойчива к критике. Если я прав и агрессивный симбиоз, развившийся во взаимовыгодное партнерство, обычен в природе, то этот можно подтвердить нахождением патогномоничного признака данного партнерства: естественного отбора, работающего именно на уровне партнерства.
Один из важнейших подарков молекулярной генетики эволюционной биологии — это возможность прослеживать изменения в последовательностях ДНК с течением времени и определять таким образом, какие последовательности сохранены естественным отбором, а какие нет. Вирусы, как мы знаем, эволюционируют с ошеломляющей скоростью. Поэтому если при изучении вируса, сосуществующего с носителем, обнаружатся устойчивые в течение долгого времени вирусные геномы — это окажется веским аргументом в пользу естественного отбора, работающего на уровне партнерства. Если же удастся сделать следующий шаг и показать, что именно этот сохраняющийся вирусный генетический код способствует выживанию носителя — или, говоря в терминах симбиоза, способствует выживанию на уровне голобионта, — это будет бесспорным доказательством справедливости симбиотической эволюционной парадигмы вируса и носителя.
В сущности, найти в природе доказательства естественного отбора на уровне партнерства не так уж и сложно.
Наверняка многие мои читатели, биологи либо нет, знакомы с довольно-таки жестоко устроенным жизненным циклом ос-паразитов. Около двадцати пяти тысяч видов этих насекомых живут в агрессивном симбиозе с двадцатью тысячами видов полиднавирусов. Симбиоз стал настолько глубоким, что многие полиднавирусы активно участвуют в процессе размножения ос и сформировавшиеся, готовые к размножению вирусы уже присутствуют в откладываемых осой яйцах. Вирусы могут обитать вблизи яичников осы либо просто синтезироваться клетками осы к моменту откладывания яиц; вместе с яйцами вирусы неизбежно попадают в гусеницу-жертву. В нормальных условиях яйца осы не выжили бы в гусенице — ее иммунная система заметила бы и уничтожила их. Но вирусная инфекция парализует иммунную систему гусеницы, а затем изменяет ключевые жизненные процессы организма гусеницы, превращая ее в живые консервы для личинок ос. Биологи не устают удивляться изощренной сложности этого превращения: вирусы заставляют гусеницу производить сахара для питания личинок и даже нарушают работу гормональной системы гусеницы, не позволяя совершиться естественному метаморфозу гусеницы в бабочку либо мотылька.
Несомненно, в данном случае мы видим именно пример естественного отбора, работающего на уровне партнерства, — ведь эти осы, по сути, обязаны жизнью сосуществованию с полиднавирусами. А когда биологи исследовали сосуществование вирусов с осами-паразитами, то выяснили, что оно насчитывает как минимум семьдесят четыре миллиона лет и, значит, оно существовало уже во времена динозавров. В свете теории симбиогенеза неудивительна и другая находка этих биологов: важнейшие группы вирусных генов остались неизменными в течение столь огромного промежутка времени, естественный отбор их не затронул. Именно того и следует ожидать при взаимно выгодном симбиозе.
Уже на продвинутой стадии моих изысканий я обнаружил: знаменитый Феликс д’Эрель, один из открывателей бактериофагов, признанный «отец» и молекулярной биологии, и вирусологии, весьма живо защищал идею о способности бактериофага выступать в качестве партнера в симбиозе. Но те, кто занимались эволюционной вирусологией, попросту проигнорировали эту идею. Несомненно, тому были причины, коренившиеся в разногласиях между дарвинизмом и симбиогенезом на тогдашней стадии развития обеих теорий. Вышло так, что вирусология и теория симбиоза сделались отдельными, практически игнорирующими друг друга дисциплинами. Хотя столь крупные специалисты, как Ледерберг и Эссекс, с энтузиазмом говорили о возможности симбиоза во взаимоотношениях вируса с носителем, эта идея не была принята большинством ученых из той и другой областей.
Насколько я знаю, никто и никогда не читал докладов о вирусах ни на единой конференции Международного общества по изучению симбиоза, проводимой раз в четыре года. Несмотря на чрезвычайную важность исследования бактерий для симбиологии — что давно привело симбиологов к рассмотрению бактерий как симбионтов, — ни в книгах, ни в докладах, ни в журнальных публикациях я не смог найти никаких свидетельств того, что вирусологи-эволюционисты хоть раз обращали внимание (я уже не говорю про серьезные исследования) на динамику симбиоза с вирусами.
Для некоторых читателей, в особенности не занимающихся наукой, тоже может показаться странным взгляд на вирусы как на симбионты. Разве вирусы — не жуткие патогены, абсолютно эгоистичные разрушительные генетические паразиты? Конечно, они паразиты, но рассматривать их лишь как паразитов — это не видеть целого. В конце концов, паразитизм — тоже разновидность симбиоза.
Несомненно, агрессивный симбиоз в стадии «выбраковки» — исключительно неприятное явление. И к сожалению, если искать его примеры в природе, то они находятся без труда. Один из вероятных примеров — это битва за территорию между британской рыжей белкой и ввезенной из Америки серой белкой, угрожающая вымиранием рыжей белки на территории Великобритании. Сперва натуралисты полагали: серая белка выигрывает битву за выживание, поскольку она больше и агрессивнее аборигенной рыжей. Но теперь известно: серая белка — носитель вируса беличьей оспы, для серой белки безвредного, но смертоносного для рыжей. Вирус легко переходит на рыжих белок, вступая в агрессивный симбиоз с ними. Как и вирус кроличьего миксоматоза, распространение вируса беличьей оспы сопровождает распространение серых белок.
После публикации «Вируса X» я продолжил работу над развитием и доказательством концепции вирусов как симбионтов. В свете эпидемии СПИДа, которая все больше завладевала моими мыслями, я понял, насколько важным может быть правильное понимание симбиотических возможностей вирусов для людей. Понимание это зародилось в беседе с Максом Эссексом, когда мы обсуждали возможные пути перехода ретровирусов от одного вида к другому. В то время я уже знал, что носителями ретровирусов могут быть и обезьяны, и люди, и коровы, и куры, и грызуны. Я спросил, насколько же ретровирусы распространены в природе.
— Они везде, и, несомненно, их куда больше, чем мы обнаружили на сегодняшний день, — ответил он.
— Отсюда следует, что они сосуществуют с нами уже очень долгое время?
— Да, скорее всего, так оно и есть.
Как уже писалось здесь, СПИД вызывается ретровирусом и, с человеческой точки зрения, действие этого ретро-вируса на человечество имеет далеко идущие последствия. Если я не ошибаюсь в моих рассуждениях, СПИД — эволюционный феномен. В самом деле, даже из нашей беседы с профессором Эссексом можно сделать однозначный вывод: СПИД — лишь последняя в ряду подобных ретровирусных инфекций человечества, поражавших и наших далеких дочеловеческих предков. И каждая такая инфекция влекла за собой эволюционные последствия. Если оно так на самом деле, можно ли экстраполировать эволюционные уроки, преподанные нам СПИДом, на прошлое? Можно ли использовать знание о СПИДе для выяснения того, насколько вирусные инфекции определили эволюцию человечества?
Я начал искать подтверждение своей идеи. Но она казалась слишком новой и шокирующей, многие ученые отказывались даже обсуждать ее. Но в последующие годы я нашел четыре научных группы, занимавшиеся поисками свидетельств о существовании в прошлом «выбраковок» человечества посредством вызванной вирусами болезни. Все четыре группы, сравнивая митохондриальные и ядерные гены человека и шимпанзе, нашли доказательства таких «выбраковок». Тогда я принялся копать глубже, отыскивая доказательства работы естественного отбора на уровне партнерства во взаимодействии ВИЧ-1 и человеческого генома. Но интересующие меня данные появились только в 2004 году — в виде статьи в «Нейчур». Статья называлась «Доминирующее влияние HLA-В на возможную коэволюцию ВИЧ и HLA». Использование термина «коэволюция» в статье весьма значимо. Аббревиатурой HLA обозначаются антигены лейкоцитов человека — это производные группы генов в шестой хромосоме, играющие ключевую роль в иммунной системе организма. HLA-В и HLA-A обозначают два таких гена, помогающие нашему телу отличить свои, произведенные телом белки от белков, произведенных чужеродными пришельцами, такими, как вирусы. В статье сообщалось о нескольких важных результатах наблюдений. Прежде всего скорость прогрессирования СПИДа сильно зависела от экспрессии гена HLA-В, но не от экспрессии HLA-A. То есть в естественном отборе при взаимодействии человека и ВИЧ-1 доминирующее эволюционное влияние на вирус оказывал именно ген HLA-В, а не HLA-A. С точки зрения человеческой и медицинской, это значит, что чаще всего СПИД будет поражать людей-носителей определенного вида генов HLA-B.
Говоря просто и прямо, тут мы наблюдаем явный пример естественного отбора на уровне симбиотического взаимодействия вируса и его носителя-человека в условия пандемии СПИДа.
Мы разговаривали с Эссексом и об удивительном открытии ретровирусной ДНК в человеческом геноме. В нем содержатся и цельные вирусные ДНК, и обрывки их, а также их производные, которые, возможно, играют важную, хотя еще и не до конца понятную роль.
Я спросил, в чем, по его мнению, эта роль.
— Я не могу сказать, в чем она, — ответил он, — но смею предположить: наверняка эти участки вирусной ДНК в геноме человека небесполезны и сохранились в силу исполнения ими некой практически важной функции.
Затем профессор пустился в рассуждение об общих свойствах контроля экспрессии генов у разных биологических видов. Сейчас становится все очевиднее, что у многих очень разных форм жизни последовательности, контролирующие экспрессию, весьма сходны — и эти последовательности очень важны для нормального функционирования отдельных генов и генома в целом. Возможно, как раз в процессе симбиоза с вирусами их контрольные последовательности и были «захвачены» носителями-млекопитающими.
Хотя Эссекс рассуждал с дарвиновской точки зрения, его суждения с легкостью укладываются в симбиологический контекст. И если их принять, немедленно встает вопрос: быть может, симбиогенез вируса и его носителя на самом глубинном, генетическом уровне, слияние цельных геномов, и есть именно то, о чем говорил Мейнард Смит, — внезапное фундаментальное изменение? Быть может, такой симбиогенез сыграл важную конструктивную роль в человеческой эволюции?
