От плохого к худшему. Как должен измениться птичий грипп, прежде чем он сможет вызвать пандемию среди людейОт плохого к худшему. Как должен измениться птичий грипп, прежде чем он сможет вызвать пандемию среди людей
Жертвы вируса птичьего гриппа среди млекопитающих разнообразны: от тысяч морских львов до норок, выращиваемых для получения меха, медведей гризли и морских котиков.
В течение нескольких месяцев вирус птичьего гриппа, уничтожающий птиц по всему миру, также вызывал заболевания и гибель множества млекопитающих, вызывая опасения, что он может эволюционировать, чтобы более эффективно распространяться между этими животными и, в конечном итоге, между людьми.
Однако для того, чтобы этот кошмар сбылся, вирус, подтип которого известен как H5N1, должен претерпеть значительные изменения, превратившись из патогена, эффективно заражающего клетки в кишечнике птиц и распространяющегося через загрязненную фекалиями воду, в вирус, способный инфицировать легочную ткань человека и распространяться по воздуху. Пока что этого не произошло. Никто из тех немногих людей, которые заразились вирусом, уничтожающим в настоящее время птиц, относящимся к варианту 2.3.4.4b, похоже, не передал его другим людям.
"Этот подтип ... в наибольшей степени, чем все предыдущие группы, является птичьим вирусом", - объясняет вирусолог Мартин Бир из Института Фридриха Лёффлера. По его словам, именно поэтому он так широко распространился среди птиц и именно поэтому он так плохо инфицирует людей. Бир и его коллеги использовали культуры клеток легких человека, чтобы выяснить, может ли вирус эффективно заражать человеческие клетки. Пока что это ему не удается.
Как же именно должен мутировать этот вирус, чтобы вызвать пандемию среди людей? Ученые пока не могут ответить на этот вопрос, но они определили некоторые ключевые этапы. Большая часть того, что известно, получена в результате спорных экспериментов "усиления функции" более чем десятилетней давности, в ходе которых исследователи заставили более ранний штамм H5N1 более эффективно распространяться между хорьками.
По словам Матильды Ришар, вирусолога из Медицинского центра Эразмуса, где проводились некоторые из этих экспериментов, эти опыты привели к введению ограничений на подобные эксперименты по "усилению функции", что затруднило исследования. "Я думаю, что это очень, очень замедлило наше познание". Тем не менее, исследователи нашли другие способы изучить, как птичий грипп адаптируется к млекопитающим. Например, когда другой подтип птичьего гриппа под названием H10N7 заразил тюленей в Европе в 2014 году, ученые секвенировали вирус на разных стадиях вспышки, чтобы определить, какие генетические изменения помогли ему адаптироваться к млекопитающим. "Это своего рода масштабный эксперимент по усилению функции в природе, и по этим вспышкам все еще можно многому научиться", - говорит Ришар.
Вирусологи теперь знают, что для того, чтобы вирус H5N1 смог распространяться между млекопитающими, должны эволюционировать несколько его белков. Один из них, за которым они пристально наблюдают, - это полимераза, которую вирус использует для репликации своего РНК-генома после вторжения в клетку. Чтобы выполнить свою работу, фермент должен использовать внутриклеточный белок хозяина, и в настоящее время он более приспособлен к птичьей молекуле, чем его аналог для млекопитающих.
Различные комбинации мутаций в одной субъединице полимеразы, PB2, могут изменить фермент так, чтобы он лучше работал у млекопитающих. Но известна одна мутация, получившая название E627K, которая изменяет фермент в одном месте, меняя аминокислоту в ключевой позиции: глутамат на лизин. Впервые мутация была зафиксирована в вирусе, вызвавшем грипп 1918 года. "Эта PB2 была настолько хороша, что она сохранилась в каждом вирусе человеческого гриппа вплоть до пандемии свиного гриппа 2009 года", - говорит вирусолог Имперского колледжа Лондона Том Пикок.
Какой бы путь ни выбрал вирус, H5N1 нуждается в измененной PB2, чтобы стать патогеном для человека. Считайте, что превращение в пандемический вирус - это лестница, по которой H5N1 должен подняться, - поясняет Пикок. "И это первая ступенька".
Это кажется легким шагом. H5N1 уже несколько раз справлялся с ним во время нынешней вспышки вируса птичьего гриппа. Например, исследователи обнаружили мутацию E627K у зараженных лисиц, образцы которых были взяты в Нидерландах в конце 2021 и начале 2022 года. Эта мутация также была обнаружена в образце от тюленя из Новой Англии, в ходе вспышки H5N1 среди тюленей у Восточного побережья США в прошлом году. Мутации PB2, похоже, не препятствуют развитию вируса у птиц, отмечает Ришар. "Именно поэтому мы видим, что мутации полимеразы возникают довольно часто".
Но для того, чтобы H5N1 вызвал пандемию, ему также необходимы многочисленные изменения в гемагглютинине - белке на поверхности вируса, который помогает ему прикрепляться к углеводам на клетках хозяина. Эти углеводы имеют разную форму у птиц и млекопитающих, поэтому гемагглютинин H5N1 должен изменить свою форму, чтобы вирус мог эффективно инфицировать клетки млекопитающих. "Это абсолютно необходимо", - считает Пикок. "На самом деле, не существует вирусов гриппа, передающихся между людьми, которые не имеют адаптированного к человеку гемагглютинина".
Пара аминокислотных изменений, Q226L и G228S, может изменить форму гемагглютинина, чтобы он связывался с клетками млекопитающих. Но в H5N1 для второго аминокислотного изменения требуется две нуклеотидные мутации, расположенные очень близко друг к другу в гене гемагглютинина. "Это встречается гораздо реже, чем одиночные нуклеотидные изменения", - говорит Пикок. "Но, очевидно, если подвергнуть его достаточному давлению отбора, он может это сделать".
Другое важнейшее изменение гемагглютинина сделает H5N1 более переносимым по воздуху - что также является необходимым условием для пандемии. Как только вирус прикрепляется к клетке, он попадает в везикулу, которая становится более кислой, вызывая рН-зависимое изменение формы гемагглютинина. Это приводит к тому, что мембраны вируса и везикулы сливаются, позволяя генетическому материалу патогена проникнуть в клетку. В воде гемагглютинин птичьих вирусов обычно без проблем остается незатронутым. Но в воздухе капли влаги, несущие вирусы гриппа, часто сжимаются и могут достичь кислотного порога, поэтому пандемическим вирусам необходимы мутации, стабилизирующие их гемагглютинин, объясняет вирусолог Университета Эмори Сима Лакдавала, изучающая передачу патогенов воздушно-капельным путем.
Эти три шага - минимальные изменения, которые, вероятно, необходимы H5N1, чтобы стать передаваемым между людьми, утверждает Ришар. В своей лаборатории она регулярно проводит секвенирование вирусов H5N1, выделенных от млекопитающих, чтобы выяснить, не несут ли они в себе какие-либо из этих опасных мутаций. Ее команда также непосредственно тестирует полимеразную активность вируса, связывающую способность и стабильность его гемагглютинина. "Мы действительно хотим проверить фенотипы, а не просто посмотреть на генетические изменения, потому что мы знаем, что, вероятно, существуют [другие генетические изменения], которые оказывают такое же влияние, и мы просто еще не знаем их".
Бир считает, что пандемическому вирусу необходимо четвертое изменение: способность уклоняться от внутриклеточного белка под названием MxA. MxA предупреждает иммунную систему о заражении гриппом, когда обнаруживает нуклеопротеин вируса - белок, связанный с его РНК. Чтобы предотвратить этот сигнал тревоги, нуклеопротеин должен мутировать в форму, которую человеческий MxA не может обнаружить. "Это последний барьер", - говорит Бир. Хотя у хорьков и некоторых других животных способность MxA к обнаружению вируса кажется очень слабой, у людей и свиней она более чувствительна. "Если вирус H5 начнет распространяться среди свиней, то это действительно тревожная кнопка", - говорит Бир.
В неопубликованном эксперименте Бир и его коллеги инфицировали свиней вирусом H5N1. Даже при использовании высоких доз вирус практически не размножался в организме животных. Вероятно, у людей есть и другие защитные механизмы, помимо MxA, которые вирусам птичьего гриппа приходится преодолевать. Например, в недавнем препринте исследователи описали, что другой белок у людей под названием BTN3A3 также распознает нуклеопротеин птичьего гриппа. Лакдавала считает, что, хотя большинство людей не подвергались воздействию вируса H5, пожизненное воздействие других вирусов гриппа могло создать клеточную защиту или защиту антител против H5N1. В текущем эксперименте она сравнивает, как нынешний птичий вирус развивается у хорьков, зараженных за 3 месяца до этого сезонным гриппом, и у хорьков без предшествующих инфекций. "Мы действительно хотим понять, насколько вероятно появление этих вирусов в контексте ранее существовавшего иммунитета", - говорит она.
То, что исследователи пока знают о шагах, необходимых для адаптации вируса H5N1 к человеку, вселяет некоторую уверенность: по мнению Пикока, у этого вируса один из самых высоких барьеров для превращения в пандемический вирус среди всех вирусов птичьего гриппа. "Он действительно неправильный во многих отношениях", - говорит он. "Но очевидно, что ему достаточно один раз получить нужную комбинацию мутаций, чтобы совершить прыжок в человеческую популяцию". А поскольку вирус так яростно распространяется по всему миру, у него больше возможностей получить нужную комбинацию, чем когда-либо прежде. В прошлом вспышки H5N1 затухали, но на этот раз вирус, вероятно, останется в диких птицах Европы и Америки, говорит Ришар.
"Это угроза, которая будет продолжать стучаться в нашу дверь до тех пор, пока она действительно, я полагаю, не вызовет пандемию. Потому что пути назад уже не будет".
