Как и когда это могло случиться: происхождение и эволюция ВИЧ

На главную | Контакты | Карта сайта

| Система Грант-Экспресс

| Новости РФФИ
| Объявления
| Подписка на новости

| Общие сведения о РФФИ
| Кто есть кто в РФФИ
| Состав совета Фонда
| Адрес и телефон для справок

| Устав РФФИ
| Указы Президента
| Постановления и распоряжения Правительства

| Нормативные документы

| Решения совета Фонда

| Конкурсы РФФИ
| Региональные конкурсы
| Международные конкурсы
| Программы РФФИ
| Финансовое обеспечение проектов

| Вестник РФФИ
| Газета Поиск
| Публикации в СМИ
| Книги, изданные при поддержке РФФИ
| Информационный бюллетень РФФИ
| Издания РФФИ

| Использование результатов
| Контроль использования финансовых средств

| Международная деятельность
| Научные фонды
| Ведомства и академии
| Библиотеки и информационные центры
| Полезные ссылки

| Издательство Wiley
| Издательство «The American Mathematical Society»
| Издательство Elsevier
| Американское физическое общество (APS)
| Издательство IOP Publishing Limited
| Издательство The Royal Society of Chemistry
| Издательство Springer

| Введение
| 2009 год
| 2010 год
| 2011 год

| WIN-1251
| KOI8-R
| English

КАК И КОГДА ЭТО МОГЛО СЛУЧИТЬСЯ: ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ВИЧ

Д.б.н. Бобков А.Ф.
Руководитель лаборатории НИИ вирусологии
имени Д.И. Ивановского РАМН

Автор занимается изучением вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) с 1986 года, опубликовал более 50 статей по этой проблеме в отечественных и зарубежных научных изданиях. Основное направление исследований - генетическое разнообразие ВИЧ и его роль в патогенезе. Эксперт ВОЗ, более двух лет работал в Великобритании. Проводил генетический анализ всех крупных вспышек ВИЧ-инфекции на территории нашей страны: в Элисте и Ростове-на-Дону, в Калининграде, Иркутске, Москве и других городах. Открытие нового вируса с мозаичной структурой генома и выявление его "родителей", циркулирующих в той же популяции, явилось первым прямым доказательством существования рекомбинации в очагах ВИЧ-инфекции. Данная статья подготовлена по результатам проекта РФФИ "Рекомбинационные процессы и эволюция вируса иммунодефицита человека in vivo и in vitro" (№ 96-04-49132).

Первые публикации о возбудителе нового заболевания, связанного с тяжелым расстройством иммунной системы человека, появились в мае 1983 года. Специалисты из лабораторий Люка Монтанье из Института Пастера в Париже и Роберта Галло из Национального института рака в США под двумя разными названиями описали один и тот же вирус, вызывающий СПИД - синдром приобретенного иммунодефицита. В течение последующих двух лет в США, Великобритании, Японии было выделено еще несколько вирусов СПИДа, а в 1986 году было решено использовать для обозначения этого вируса аббревиатуру "ВИЧ" - вирус иммунодефицита человека. В 1985 году на территории Западной Африки удалось выделить другой тип вируса - ВИЧ-2, оказавшийся несколько менее патогенным. Он не получил в мире столь широкого распространения. Пандемия ВИЧ связана, прежде всего, с вирусом первого типа.

Различные виды приобретенных, то есть не связанных с неудачной наследственностью иммунодефицитов, развивающиеся, в частности, в результате неблагоприятных воздействий окружающей среды или после перенесенных заболеваний (в некоторых случаях - инфекционных), были хорошо известны еще до открытия ВИЧ, однако не приводили с такой неотвратимостью к летальному исходу. Никогда открытие вируса (ни до, ни после обнаружения ВИЧ) не вызывало столь широкого общественного резонанса. Прямым следствием стало небывало высокое финансирование разработок методов диагностики, профилактики, лечения ВИЧ-инфицированных, а также фундаментальных исследований. В середине 80-х годов и выдающиеся ученые с мировым именем, и молодые специалисты многих стран стали "заниматься СПИДом". В результате очень скоро о ВИЧ стало известно значительно больше, чем о некоторых других, давно описанных, вирусных инфекциях. Например, база данных Национальной медицинской библиотеки США на 4 июля 2001 года содержала информацию о 55876 публикациях, касающихся ВИЧ (о вирусе гриппа - в два раза меньше).

Под электронным микроскопом вирионы ВИЧ выглядят как округлые частицы диаметром 100-120 нанометров. Геном вируса представлен двумя молекулами РНК по 9,2 тыс. нуклеотидов и кодирует как структурные (входящие в состав вириона), так и регуляторные белки. Выходя в окружающую среду, вирус как бы отпочковывается от клетки, поэтому вирионы ВИЧ окружены оболочкой, состоящей из мембраны клетки-хозяина, пронизанной собственными гликопротеинами вируса. Условием специфического связывания вируса с клеткой является наличие на ее поверхности рецептора CD4, однако для проникновения вируса необходимо также наличие хотя бы одного из так называемых "вторичных" рецепторов (CCR5, CXCR4...). Фермент вируса, РНК-зависимая ДНК-полимераза, или ревертаза, переписывает информацию с вирионной РНК в форму ДНК, которая после встраивания в геном клетки-хозяина и обеспечивает репродукцию вируса. Однако некоторые клетки достаточно долго могут оставаться в состоянии "покоя", то есть практически не продуцировать вирусные частицы. В таких латентно инфицированных клетках ВИЧ как бы прячется и от иммунной системы хозяина, и от лекарственных препаратов. Изучение ВИЧ позволило сделать множество открытий, причем не только в вирусологии, но и в смежных дисциплинах - в иммунологии, эпидемиологии, молекулярной биологии. Тем не менее, до сих пор нет препаратов, способных полностью вылечить зараженных ВИЧ, а возможности вакцинопрофилактики по-прежнему остаются предметом жарких дебатов.

Существуют и другие "открытые" вопросы. Один из таковых - когда и как появился вирус иммунодефицита человека. Не имея достоверных данных об этом и путях эволюции ВИЧ, трудно рассчитывать на создание эффективных мер защиты. Кроме того, велик риск заполнения "белых пятен" недостоверными фактами, которые, тем не менее, в силу своей сенсационности, с легкостью перекочевывают в средства массовой информации и вводят заблуждение широкие слои населения. Именно недостатком знаний о происхождении ВИЧ можно объяснить появление публикаций, будто ВИЧ/СПИД - новое биологическое оружие, созданное американцами (русскими), или что ВИЧ давно существует в мире, но никак не связан с развитием СПИДа. Для решения вопроса о происхождении ВИЧ (как и любого другого вируса) необходимо знать, какие вирусы этого типа циркулируют в человеческой популяции, какие механизмы лежат в основе их изменчивости, есть ли аналоги возбудителю СПИДа в животном мире.

Практически сразу после первых сообщений о ВИЧ появилась информация о его чрезвычайно высокой изменчивости. Скорость генерации ошибок у ревертазы ВИЧ настолько высока, что в природе, по-видимому, нет двух абсолютно идентичных ВИЧ. Более того, изменчивость в самой вариабельной части генома, кодирующей гликопротеин оболочки вирусной частицы, даже у одного больного часто составляет 15 процентов, а различия между вирусами, выделенными в разных странах, достигают, подчас, 40-50 процентов. Очевидно, что столь высокие различия между вирусами не могут не сказаться на подходах к стратегии разработки вакцины.

Сегодня в международной базе данных есть информация о геномах более чем 40 тысяч вариантов ВИЧ-1, обнаруженных в разных регионах земного шара. Их сравнение позволяет выделить три группы вирусов: "М" (от английского "major", больший) включает подавляющее большинство известных ныне изолятов ВИЧ-1; "N" и "O" объединяют пока относительно небольшое число вариантов ВИЧ-1, выявленных, в основном, в Западной Африке. Вирусы группы "М", в свою очередь, можно подразделить на десять подтипов, обозначаемых буквами английского алфавита. Чрезвычайный интерес представляет тот факт, что в разных странах мира доминируют разные подтипы. Все подтипы ВИЧ-1 можно обнаружить в странах Центральной и Западной Африки, где, однако, доминируют вирусы подтипов А и С, являющиеся, на сегодняшний день, самыми распространенными в мире. В других странах наибольшее распространение получили вирусы других подтипов: например, вирусы подтипа В доминируют в странах Западной Европы и Северной и Южной Америки, а также в Австралии и Японии. Интересно, что в Африке, наоборот, вирусы подтипа В встречаются относительно редко, и их появление там связано со вторичным заносом этих вирусов уже из Европы или других стран, где они распространены широко. Несмотря на крайне высокую изменчивость вируса (до 1 процента изменений в геноме за год), ни один из вариантов ВИЧ не переходит границ своего подтипа. Иными словами, если пациент был инфицирован вирусом подтипа А, то, как бы не изменялся геном этого вируса в дальнейшем, он никогда не станет вирусом подтипа В. Более того, если этот вирус затем окажется в другом хозяине или вызовет инфекцию у большой группы лиц, все инфицированные, объединенные в одну эпидемическую цепочку, будут заражены вирусом одного и того же подтипа (в нашем примере, вирусом подтипа А). Очевидно, это отражает определенные закономерности эволюции ВИЧ.

Предполагают, что для всех вирусов группы "М" существовал один общий предшественник, который дивергировал, дав начало известным сегодня подтипам. Генетическая изменчивость ВИЧ-1 связана с мутациями двух видов: синонимичных (так называемых "молчащих") и несинонимичных. Последние меняют свойства вирусных белков, помогая вирусу выжить в конкретном организме, ускользнуть от иммунной защиты. Число возможных несинонимичных изменений достаточно ограничено. Некоторые из них просто невозможны (вирус с такими мутациями не жизнеспособен). Кроме того, под давлением отбора возможны и "обратные" мутации - изменившийся участок генома возвращается к исходному виду. Таким образом, "несинонимичная" изменчивость вируса подобна маятнику, колебания которого не выходят за границу определенного пространства, и одних несинонимичных мутаций не достаточно для того, чтобы вирус смог изменить свой подтип.

"Молчащие" мутации, не меняющие сам вирус, значительно более консервативны. Возникая (как и любые мутации) случайно, они не подвержены влиянию отбора (например, действию иммунной системы человека) и потому способны достаточно долго сохраняться в популяции. Именно они и оказываются решающими в поддержании различий между подтипами. Вероятность направленных изменений столь значительной части генома (чтобы вирус подтипа, к примеру, А, превратился в В) практически равна нулю - "забор", отделяющий вирусы одного подтипа, оказывается слишком высоким. Однако нельзя исключить, что крайний, сильно отличающийся от большинства вирусов своего подтипа вариант, сможет найти в таком "заборе" лазейку и, проникнув в новую популяцию, дать начало новому подтипу. То есть направление эволюции ВИЧ-1 в значительной мере зависит от того, какой конкретно "вирус-маргинал" вызвал эпидемию. Так, видимо, произошло с вирусами подтипа В, доминирующими сейчас в большинстве стран Западной Европы, в Америке. Можно предположить, что его родоначальником был существенно видоизмененный вариант распространенного в Африке подтипа D, который начал осваивать новые территории. Именно этим, вероятно, объясняется такой факт: до сих пор все вирусы подтипа В, выявляемые в африканских странах, оказывались привезенными извне - "старожилов" подтипа В там просто нет и никогда не было. Модель эволюции ВИЧ, согласно которой один из вариантов "пролезает в дырку в заборе" и дает начало новой популяции, а иногда и новому подтипу вируса, получила наименование "эффекта основателя" или, более образно, "горлышка бутылки".

Сейчас уже известно, что определенные подтипы доминируют в некоторых группах риска. Так, среди гомосексуалистов преимущественно распространяются вирусы подтипа В. Они же доминируют среди людей, употребляющих наркотики внутривенно, в Западной Европе и США. Это связано с эффектом основателя: "кто смел (первым попал в новую популяцию), тот и съел" (инфицировал большинство ее членов). Выявление таких закономерностей стимулировало попытки доказать связь между подтипом ВИЧ-1 и степенью патогенности вируса или путем передачи. Это, однако, не находило экспериментального подтверждения. Можно утверждать, что между подтипами ВИЧ-1 не существует каких-либо различий ни в "агрессивности", ни в используемых путях передачи.

Изучение закономерностей изменчивости генома ВИЧ, закономерностей распространения его подтипов ВИЧ-1 в разных странах и группах риска имеет фундаментальное значение, расширяя наши представления о механизмах, лежащих в основе эволюции вирусов. С другой стороны, эти исследования оказываются полезными практической медицине, позволяя выявлять варианты ВИЧ, доминирующие на конкретной территории, что важно для разработки будущих вакцин, а также прогнозирования развития эпидемии. Наконец, молекулярно-эпидемиологические методы (как в последнее время их стало модным называть) могут помочь в проведении эпидемических расследований. Приведу такой пример. У молодой женщины, употреблявшей наркотики, диагностировали ВИЧ-инфекцию, вызванную вариантом вируса подтипа В. Сразу возникло предположение о пути передачи вируса в процессе совместного введения наркотических препаратов. Среди ее друзей, действительно, были инфицированные, но вирусами подтипа А. Как оказалось, женщину заразил половой партнер, даже не подозревавший, что он - носитель ВИЧ. Вирусы, циркулирующие среди российских наркоманов, существенно отличаются от вариантов ВИЧ-1, выявляемых в этой группе риска в других странах. Обнаружив "российский" вариант ВИЧ-1 у наркомана, скажем, в Германии или Израиле, можно однозначно говорить о его связи с эпидемией в нашей стране.

Кстати, на территории России мы выявили 8 подтипов ВИЧ-1 группы "М" (от A до H). Представители групп "N" и "О" пока не обнаружены. Разные подтипы по-разному представлены в разных группах риска. Например, у людей, заразившихся в результате гетеросексуальных контактов, обнаруживаются все восемь подтипов, а у мужчин, инфицировавшихся в результате половых контактов с мужчинами, доминирует подтип В. Подчеркну, эти закономерности никак не связаны с особенностями подтипов. Они, скорее, отражают географию эпидемических связей. Наши ВИЧ-инфицированные сограждане вступали в гетеросексуальные контакты с жителями многих стран мира, поэтому мы и наблюдаем такое разнообразие вирусов в этой группе риска. С другой стороны, мужчины, заразившиеся в результате половых контактов с мужчинами, в основном, имели интимные отношения с жителями Европы и Америки, где уже доминировал подтип В. Известен случай, когда мужчина с нетрадиционной сексуальной ориентацией заразился в Центральной Африке, а затем стал источником ВИЧ для нескольких своих половых партнеров - граждан России. Все они оказались инфицированными вирусом подтипа А.

Сегодня в России подавляющее большинство случаев ВИЧ-инфекции регистрируется, как известно, у наркоманов. Мы установили, что на территории нашей страны в этой группе риска циркулируют три варианта ВИЧ-1. Доминирует вирус подтипа А. По нашим оценкам, на него приходится не менее 90 процентов всех случаев инфицирования. До начала "нашей" эпидемии вирусы этого подтипа нигде в мире у наркоманов не выявлялись. Наши данные свидетельствуют: путь их проникновения в популяцию наркоманов - гетеросексуальные контакты. Наиболее вероятно, первый случай заражения произошел где-то на юге Украины (эпидемия там началась двумя-тремя годами раньше), затем вирусы распространились в Белоруссии, Молдавии, России. Позднее их уже обнаруживали у наркоманов в Казахстане, республиках Прибалтики, в Германии и даже на Ближнем Востоке. Второй вариант вируса, поражающий российских наркоманов, относится к подтипу В, обычному для этой группы риска. Однако "наш" вирус существенно отличается от западноевропейских. Родственные ему представители подтипа В выявлены пока только у наркоманов на Украине и в Польше. Наконец, третий вариант ВИЧ-1 имеет так называемую "мозаичную" структуру генома и произошел в результате рекомбинации между первыми двумя. Вирусы с мозаичным геномом, состоящим из фрагментов, принадлежащих к разным подтипам, были обнаружены шесть лет назад. Они составляют достаточно большую часть (до 15 процентов) от всех вариантов ВИЧ-1 и особенно распространены в Центральной Африке, где наблюдается наибольшее разнообразие подтипов ВИЧ-1. Более того, подтипы ВИЧ-1, первоначально обозначенные как E и I, на самом деле - рекомбинантные, и более правильно обозначать их A/E и A/G/I (по подтипам, составляющим мозаику.) Большинство исследователей всегда считало, что образование вирусов с мозаичным геномом происходит, когда в одну клетку попадают два возбудителя разных подтипов, которые затем обмениваются генами или их фрагментами. Поскольку никому не удавалось обнаружить сразу оба родительских вируса, высказывались и другие точки зрения. Например, феномен мозаичности пытались объяснить разной скоростью накопления изменений в различных участках генома ВИЧ. Выявить обоих "родителей" удалось, изучая российский А/В-рекомбинант, обнаруженный нами в 1997 году на территории Калининградской области. Эти данные представляются особо важными - фактически впервые в мире появилось прямое доказательство существования рекомбинации между различными подтипами ВИЧ-1 непосредственно в очаге инфекции.

Откуда и как попал ВИЧ в человеческую популяцию? Чтобы попытаться ответить на этот вопрос, необходимо вспомнить о других лентивирусах приматов, о ВИЧ-2 и многочисленных вирусах иммунодефицита обезьян (ВИО). Небезынтересно, что ВИО не вызывают СПИД у природных хозяев. Зеленые мартышки, например, сами не болеют, однако, будучи инфицированными, могут заражать обезьян других видов, в частности, при совместном содержании в зоопарках. Так, у японских макак, никогда не сталкивавшихся с ВИО, развивается инфекция с симптомами СПИДа, заканчивающаяся летальным исходом. Оказалось, что второй человеческий вирус, ВИЧ-2, близок к одному из обезьяньих вирусов, который выделяется в Африке, в природных популяциях дымчатых мангобеев. Описано несколько случаев заражения людей, причем у инфицированных развивались все симптомы инфекции ВИЧ-2. И напротив, экспериментальное заражение ВИЧ-2 дымчатых мангобеев приводило к развитию хронической инфекции без каких-либо симптомов СПИДа. Можно сделать такой вывод: инфекция, вызываемая ВИЧ-2, - это типичный зооноз; природный резервуар вируса находится в популяциях дымчатых мангобеев (Cercocebus atys) в Западной Африке. Более того, есть доказательства, что появление подтипов ВИЧ-2, а все его варианты тоже разделяются на подтипы (от A до Е), вероятнее всего связано с несколькими независимыми заносами ВИО в человеческую популяцию.

С ВИЧ-1 вопрос пока остается открытым, хотя по аналогии можно предположить: вирус попал к людям от каких-то обезьян; развитие симптомов СПИДа связано с тем, что человек не является его природным хозяином. Известны уже четыре случая выявления вирусов, напоминающих ВИЧ-1, у шимпанзе. Три вируса были выделены от шимпанзе в Западной Африке, а один был обнаружен в одном из зоопарков США. Анализ их геномов позволил сделать предположение: природным резервуаром ВИЧ-1 может быть один из подвидов шимпанзе Pan troglodytes troglodytes, обитающий на территории тех стран Западной Африки, где одновременно обнаруживаются и представители всех групп ВИЧ-1. При этом считается: вирус как минимум трижды "перепрыгивал" межвидовой барьер, давая начало группам "М", "N" и "O".

Интересно, что самый ранний образец крови, содержащий ВИЧ-1 (группы "М"), обнаруженный в городе Киншаса (ныне столица Демократической Республики Конго), датирован 1959 годом. Недавно американские специалисты, изучив генетические различия между вирусом, присутствовавшим в образце крови сорокалетней давности, и современными представителями группы "М", высказали такое мнение: общий предшественник всех подтипов этой группы мог попасть в человеческую популяцию от шимпанзе где-то около 1940 года. Однако многие ученые совершенно справедливо, на мой взгляд, полагают: скорость эволюции ВИЧ зависит от большого числа различных факторов, которые не были учтены. Следовательно, хотя происхождение ВИЧ-1 от обезьяньих родственников не вызывает сомнений, предлагаемая дата (1940 год) не окончательна и может отодвинуться на много лет назад. Отсутствие более старых образцов крови, инфицированных ВИЧ, легко объяснить: вирус в тот период циркулировал в африканских деревнях, отдаленных от медицинских центров. Неясно также, почему до сих пор найдено всего лишь четыре инфицированных шимпанзе. Ведь по аналогии с ВИЧ-2, обнаружение вируса в природном резервуаре не должно быть сколько-нибудь серьезной проблемой. Наконец, остается открытым вопрос, как именно вирус попадал от обезьян к человеку. В случае с ВИЧ-2 все достаточно понятно. В африканских деревнях многие мангобеи играют роль российских дворняжек: прирученные обезьяны постоянно общаются с людьми, играют с детьми... Более того, в некоторых районах Западной Африки обезьян этого вида употребляют в пищу. Шимпанзе же достаточно редки, а их габариты и нрав не располагают к дружескому общению. Приходится констатировать: либо те шимпанзе - носители вируса еще не пойманы, либо напоминающий ВИЧ-1 вирус попал к ним и человеку от каких-то других африканских обезьян (возможно, уже вымерших!). Интересно, что одной из гипотез, объясняющих попадание вируса от шимпанзе в человеческую популяцию, является заражение людей в результате переливания им обезьяньей крови. Такие эксперименты действительно проводились в Африке, когда, например, пытались найти вакцину от малярии (обезьяны ей не болеют).

Естественно задаться и таким вопросом: "Что же будет дальше?" Можно ожидать открытий новых подтипов или даже групп ВИЧ-1. Обнаружить их, вероятно, удастся путем анализа большего числа образцов крови, в первую очередь с Африканского континента (пять подтипов ВИЧ-1, открытых в 1994-1999 годах, были выделены именно там). Нельзя исключить и того, что "крайние" (сильно отличающиеся) варианты уже известных подтипов, попадая в новые группы риска, дадут начало новым подтипам ВИЧ-1. Без сомнения, важный вклад в эволюцию вируса будут по-прежнему вносить и рекомбинационные процессы. Наконец, возможно даже появление новых групп ВИЧ-1, если вирус в очередной раз преодолеет межвидовой барьер.

С другой стороны, рискну предположить: распространение ВИЧ будет продолжаться достаточно высокими темпами до тех пор, пока он не инфицирует всех или практически всех людей, образ жизни которых связан с повышенной опасностью заражения. В первую очередь, это те, кто практикует внутривенное введение психоактивных веществ без соблюдения мер предосторожности; мужчины и женщины, ведущие беспорядочную половую жизнь и игнорирующие меры безопасного секса. Безусловно, с развитием новых методов терапии продолжительность жизни инфицированных будет возрастать. Появление универсальной вакцины представляется сейчас проблематичным, но создание профилактических препаратов, способных повышать устойчивость человека к заражению ВИЧ, не является таким уж безнадежным делом. Кстати, пока неясно, как развитие методов терапии, специфической профилактики повлияет на эволюцию вируса. Вполне вероятна массовая селекция новых вариантов с повышенной устойчивостью к лекарственным препаратам. Ее последствия не до конца понятны. Как бы то ни было, основной мерой защиты против ВИЧ остается правильный образ жизни. Он важен и потому, что пока вы читаете эту статью, где-то в африканской саванне (джунглях Амазонки, сибирской тайге) может размножаться инфекционный агент, которому суждено стать "чумой" уже XXI века.

Copyright © 1997-2007 РФФИ | Дизайн и программирование: Intra-Center