Почему ученые модифицируют лабораторные вирусы, чтобы сделать их более контагиозными?Почему ученые модифицируют лабораторные вирусы, чтобы сделать их более контагиозными?
Некоторые исследования "усиления функций" изучают, как опасный патоген может преодолеть видовые барьеры и вызвать вспышку заболевания. Эти исследования не лишены противоречий.
В арсенале средств микробиологии есть методы, позволяющие вызывать мутации в вирусах, которые придают им новые способности. Ученые проводят эти манипуляции по многим причинам, в том числе желая понять, как вирусы уклоняются от обнаружения нашими иммунными системами. Но расширение возможностей патогена несет в себе очевидные риски, особенно если это " усиление функций" связано с усилением вирулентности или контагиозности. Утечка из лаборатории, случайная или намеренная, вполне возможна. Так зачем же это делать? Некоторые исследователи утверждают, что эта работа может дать представление о том, на что способен вирус, прежде чем он попадет в естественную среду и будет представлять угрозу для людей.
Споры вокруг исследований по усилению функций породили научные статьи, конференции и даже мораторий в 2014 году, когда правительство США приостановило финансирование на три года, пока не будут приняты меры по обеспечению безопасности процедур. Дебаты об экспериментах по усилению функций продолжаются и на последних стадиях пандемии. Разработчики научной политики должны бороться за выявление тех редких ситуаций, когда преимущества экспериментов, повышающих способность вируса выживать и процветать в организме человека, перевешивают любые риски.
Технические дискуссии часто заходят в тупик из-за самого определения понятия "усиление функции". Недавно семантика была в центре внимания спора о том, является ли финансируемая Национальным институтом здравоохранения (NIH) работа в Уханьском институте вирусологии (WIV) в Китае исследованиями, направленными на усиление функции, что отрицается американским агентством. WIV также был в центре внимания возобновившегося спора о лабораторной утечке SARS-CoV-2 из этого учреждения.
Вот несколько основных ответов на вопросы о том, почему непонятному техническому термину сейчас уделяется так много внимания.
Что это за исследования усиления функций?
Методы улучшения некоторых аспектов функционирования организма являются обычным явлением в научных исследованиях и применяются ко всему - от мышей до кори. Одно из типичных применений этого подхода - изменение генов мыши для выработки большего количества белка, который ограничивает отложение жира. Но конечно это не тот вид исследования усиления функции, который вызывает опасения у ученых и регулирующих органов. Практика, связанная с высоким риском, - это та, которая создает мутации, чтобы изучить, становится ли патоген более контагиозным или смертоносным, как средство оценки будущих угроз.
Некоторые эксперты признают критические различия между этими двумя типами исследований. Один из предложенных терминов для обозначения более опасного вида исследований - "потенциальные возбудители пандемии", - говорит Марк Липсич, профессор эпидемиологии в Гарвардской школе общественного здравоохранения. Эта фраза "определяет суть и причину для беспокойства", - добавляет он. Однако термин не прижился в обиходе: при поиске в Google было получено всего около 8500 результатов по сравнению с 13,4 миллионами для термина "усиление функции".
По словам Липсича, это различие важно по нескольким причинам. Когда правительство США в 2014 году ввело мораторий на "исследования по усилению функций", некоторые из исследований, которые были затронуты, не несли очевидного риска возникновения пандемии.
Какова цель этих исследований?
Знание того, что делает микроорганизм более опасным, позволяет подготовить контрмеры, говорит Липсич, который является одним из 18 подписантов письма, опубликованного 14 мая в журнале Science и призывающего исследовать лабораторную утечку SARS-CoV-2 как одно из нескольких возможных объяснений происхождения пандемии COVID-19. Он указывает на трудности изучения вирусов для разработки вакцин и лечения без проведения экспериментов на мышах или других животных. По словам Липсича, существует "прямой путь от проведения исследований к получению пользы для общественного здравоохранения", что позволяет сбалансировать риски и потенциальные выгоды.
Более рискованная версия исследований по усилению функций создает вирусы со способностями, которых нет в природе. В двух исследованиях, проведенных в 2011 году, ученые сделали именно это с вирусом гриппа H5N1, или "птичьего гриппа", в результате чего была получена версия, способная передаваться воздушно-капельным путем среди хорьков. Вирус естественного происхождения не обладает такой способностью. Облегчение передачи вируса от млекопитающего к млекопитающему вызвало тревогу и привело к обсуждению вопроса о моратории в США.
В 2015 году исследователи создали гибридный патоген, сочетающий в себе черты оригинального вируса SARS (SARS-CoV), инфицировавшего людей в начале 2000-х годов, и коронавируса летучих мышей. Большинство коронавирусов летучих мышей не могут инфицировать клетки, выстилающие дыхательные пути человека. Этот эксперимент был задуман, чтобы имитировать то, что произойдет, если третий вид послужит резервуаром для смешивания вирусов летучих мышей и человека для обмена генетическим материалом.
В результате был получен патоген, способный проникать в клетки человека и вызывать заболевания у мышей. Реакция на эту работу была полярной, что продемонстрировали эксперты в статье 2015 года в Nature: один говорил, что все, что было сделано в ходе исследования, это создание "нового неестественного риска" среди множества уже существующих, в то время как другой утверждал, что исследование показало потенциал того, что этот вирус летучих мышей может стать "явной и настоящей опасностью".
Эксперты из последнего лагеря утверждают, что исследования вирусов с усиленной функцией могут предсказать, что в конечном итоге произойдет в природе. Ускорение процесса в лаборатории дает исследователям возможность из первых рук узнать, как может развиваться вирус. Такое понимание может стать основой для прогнозирования будущего поведения вирусов, чтобы быть на шаг впереди этих патогенов. По словам Липсича, этот анализ должен проводиться в каждом конкретном случае. "Здесь нет одного ответа на все вопросы", - добавляет он. Но ключевой вопрос, который необходимо решить в этом сложном анализе: "Является ли эта работа настолько ценной для общественного здравоохранения, что она превосходит риск для общественного здравоохранения при ее выполнении?".
Липсич был "очень откровенен", по его словам, в отношении исследования гриппа хорьков, и он возглавил усилия по введению в 2014 году моратория на аналогичные работы по усилению функций. "Я сделал это, потому что считал, что нам необходимо реально оценить преимущества и риски", - говорит он. " Я считал, что польза очень мала, и я по-прежнему придерживаюсь этого мнения". Мораторий был снят в 2017 году. Позднее правительственная комиссия США одобрила возобновление финансирования новых лабораторных исследований, связанных с усилением функциональных модификаций вирусов птичьего гриппа у хорьков. Согласно сообщениям, условия одобрения включали усиленные меры безопасности и требования к отчетности.
Что касается вируса SARS-CoV-2, представляющего сейчас наибольший интерес, то 19 мая NIH опубликовал заявление о том, что ни агентство, ни его Национальный институт аллергии и инфекционных заболеваний "никогда не утверждали никаких грантов, которые бы поддерживали исследования "усиления функции" коронавирусов, которые бы повысили их трансмиссивность или летальность для человека".
Каковы риски?
Прогнозы по результатам исследований усиления функций могут быть гипотетическими, но нарушений в лабораториях в США на данный момент нет. Серьезные нарушения случаются редко и почти никогда не приводили к попаданию патогена в общество. Однако 2014 год показал, почему человеческий фактор может оказаться самой большим риском при планировании таких экспериментов.
Несколько инцидентов, произошедших в лабораториях в том году, поставили исследователей под угрозу и вызвали волну беспокойства. Эти инциденты не были чрезвычайными происшествиями, но они продемонстрировали потенциальные угрозы, возникающие в лабораториях, где не соблюдается биобезопасность, будь то в результате халатности или злоупотреблений. В 2014 году около 75 сотрудников Центра по контролю и профилактике заболеваний США, расположенного в Атланте, узнали о том, что они могли заразиться сибирской язвой после того, как были проигнорированы правила техники безопасности.
Кроме того, несколько давно забытых флаконов с лиофилизированной оспой - патогеном, который, как долгое время считалось, хранился только в двух местах: в России и в США - были обнаружены во время чистки холодильных камер в NIH в том же году. А месяцем позже CDC снова наделал шума, разослав пробирки с относительно безвредным вирусом гриппа, контаминированным гораздо более смертоносным вирусом птичьего гриппа H5N1.
Возможная причина, как сообщается в журнале Science, заключалась в том, что один из исследователей "переутомился и спешил на лабораторную встречу".
Майкл Империале, профессор микробиологии и иммунологии и помощник вице-президента по исследованиям и соблюдению норм в Мичиганском университете, в 2020 году стал соавтором редакционной статьи об исследованиях по усилению функций, в которой говорится, что ключевым моментом при их планировании является наличие надлежащих механизмов для защиты от угроз случайного или преднамеренного ущерба. "При наличии надлежащих процедур биобезопасности и использовании надлежащих защитных мер риски могут быть существенно снижены", - говорит он. Лаборатории четвертого уровня биобезопасности (BSL-4) предусматривают самые высокие меры предосторожности, и в настоящее время в США запланировано или функционирует 13 или более таких объектов. Исследования нового коронавируса проводятся в лабораториях на ступень ниже: BSL-3.
В своей редакционной статье Империале и его соавтор Артуро Касадевалль, главный редактор журнала mBIO, написали, что даже предсказать уровень угрозы случайной утечки сложно. После публикации результатов исследований передачи вируса H5N1 у хорьков две группы попытались предсказать, что бы произошло, если бы этот вирус попал в человеческую популяцию. Одна группа, пишут Империале и Касадевалль, предсказала "чрезвычайно высокий уровень" передачи вируса. Другая, из одной из лабораторий, участвовавших в работе над вирусом хорькового гриппа, пришла к противоположному выводу.
В контексте пандемии COVID-19, пишут авторы редакционной статьи, источник патогена - природный или лабораторный - не меняет того, как мир должен готовиться к реагированию на него. Но эксперименты по усилению функций должны регулироваться прозрачностью планирования исследований, "двойным соблюдением" биобезопасности и надежной программой наблюдения для фиксации нарушений.
Какие альтернативные методы доступны для проверки потенциальной вирусной угрозы?
Если вирус уже перешел от животного-хозяина к человеку, исследования по усилению функций могут оказаться ненужными, говорит Империале. "В этих случаях могут существовать модели животных, которые служат полезными заменителями человека при тестировании воздействия вируса", - говорит он.
Исследователи также могут проверить способность белков вируса взаимодействовать с различными видами клеток. Программное обеспечение может предсказать, как эти белки могут взаимодействовать с различными типами клеток или как их генетические последовательности могут быть связаны со специфическими особенностями вируса. Кроме того, если исследователи используют лабораторные культуры клеток, вирусы могут быть сконструированы таким образом, чтобы не реплицироваться.
Другой вариант - исследование потери функций. Использование версий вируса с меньшим патогенным потенциалом - еще один способ раскрыть его секреты. Однако высокопатогенные формы могут значительно отличаться от своих менее опасных аналогов - например, они могут отличаться частотой репликации, что, возможно, ограничивает полезность таких исследований.
