Свиноводы охотятся за вирусом гриппа на выставках свиней, надеясь пресечь следующую пандемию на корнюСвиноводы охотятся за вирусом гриппа на выставках свиней, надеясь пресечь следующую пандемию на корню
В 4:30 утра 16 июня, в последнее утро выставки Национального реестра свиней, недельной выставки свиней в выставочном центре штата Айова, Эндрю Боуман и его команда начали пробираться через массивные, открытые загоны, в которых содержалось около 2000 свиней.
Большие вентиляторы обдували загоны, чтобы охладить свиней и ослабить резкий аммиачный запах мочи и фекалий. Но Боумана, ветеринара свиней из Университета штата Огайо (OSU), и его группу из девяти студентов-ветеринаров и научных ассистентов больше интересовали звуки, издаваемые свиньями, чем их запахи. "Вы слышите кашель?" - спросил Боуман, неся синее ведро, наполненное лабораторными принадлежностями. "Вон там кто-то лает и кашляет". Когда Боуман нашел шумного виновника, он залез в ведро, открыл пакет со свежей восьмислойной марлевой салфеткой, перегнулся через перила загона и протер каждую ноздрю на рыле свиньи. Как он любит говорить, "я профессиональный ковыряльщик в носу свиней". Он положил наполненную соплями тряпку в пробирку и запечатал крышку.
Боуман и его сотрудники охотились за самым нежеланным гостем выставки: вирусом гриппа. Не все кашляющие свиньи заражены, но работа Боумана за последнее десятилетие показала, что "гриппозный эпизод" даже у нескольких животных на подобной выставке может быстро распространить вирус далеко и широко. Когда лучшие свиньи отправляются с выставки и других "джекпот-шоу" на соревнования на 2000 ярмарок округов и штатов, которые проходят по всей территории США до начала осени, они могут принести грипп с собой. Поскольку эти мероприятия посещают около 150 миллионов человек, у вируса есть много возможностей перекинуться на людей, заражая их гриппом вне типичного зимнего сезона.
С 2010 года Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC) зарегистрировали около 500 случаев заражения людей этими "вариабельными вирусами" - термин, который свиноводы предпочитают более старому и более известному "свиному гриппу". (Исследователи утверждают, что это число, безусловно, занижено, поскольку стандартные тесты на грипп не могут выявить инфекцию с вариантом вируса). Большинство инфекций проходит без дальнейшего распространения от человека к человеку, возможно, потому, что у людей имеется значительный иммунитет к подобным вирусам гриппа. Но если появится свиной вирус, который будет легко распространяться среди людей, это может вызвать пандемию. "Это настолько же реально, как и любая другая зоонозная угроза", - говорит Марта Нельсон, эволюционный биолог из Национального института здоровья (NIH), которая сотрудничала с Боуманом в течение 7 лет.
Такое уже случалось. Нельсон, которая работает в Национальном центре биотехнологической информации NIH и также изучает чрезвычайно опасные птичьи гриппы, была частью группы, которая нашла убедительные доказательства того, что пандемия гриппа 2009 года, заразившая сотни миллионов людей по всему миру, началась, когда новый вирус гриппа перешел от коммерческих свиней на фермах в центральной Мексике. Хотя многие эпидемиологи считают, что три пандемии гриппа 20-го века, включая печально известную, начавшуюся в 1918 году и унесшую жизни около 50 миллионов человек, были вызваны вирусами птиц, некоторые утверждают, что свиньи могли быть ключевым посредником между птицами и людьми в каждой из них.
"Хотя люди хотят преуменьшить это, я думаю, что риск возникновения пандемий от свиного гриппа к человеческому гораздо выше, чем от птичьего", - считает Грегори Грей, эпидемиолог из Медицинского отделения Техасского университета.
Опасения по поводу следующей пандемии гриппа обычно сосредоточены в Азии, где на рынках продается живая птица и экзотические животные, такие как пальмовые циветты, енотовидные собаки и бамбуковые крысы. " И если мы будем сидеть здесь и говорить о рынках живых животных в Китае или Восточной Азии, вы скажете: "О, этого никогда бы не произошло в США", - отмечает Боуман. Но американские выставки свиней, где дрессировщики - часто дети - ухаживают, присматривают и даже спят со своими подопечными, представляют аналогичный риск, говорит он. "Я имею в виду, действительно ли это так уж отличается?".
Чтобы оценить этот риск, Боуман и его коллеги стали постоянными посетителями выставок и ярмарок по всей стране. Завоевав доверие иногда настороженных организаторов и участников, исследователи посетили около 1000 мероприятий и собрали образцы примерно у 40 000 свиней, анализируя их на предмет того, как новые вирусы гриппа распространяются по выставкам и передаются между свиньями и людьми. Из двух десятков исследований "мы многое узнали о том, как свиной грипп циркулирует в этой конкретной нише", - говорит вирусолог Ричард Вебби из Педиатрической исследовательской больницы Святого Иуды.
Боуман и Нельсон также разрабатывают простые меры, которые могут защитить и свиней, и людей, включая тестирование участников шоу и ограничение контактов между свиньями и людьми. "Наша цель - попытаться понять, как мы можем внести небольшие изменения во всю систему, которые будут иметь значительный последующий эффект", - рассказывает Нельсон.
Свиньи занимают особое место в экологии гриппа. Два типа вируса гриппа, А и В, вызывают заболевание у людей, убивая до 650 000 человек по всему миру в неблагоприятный год. Вирусы гриппа В циркулируют только среди людей, но тип А может заражать многие виды животных. Наибольшим разнообразием обладают водоплавающие птицы: 16 разновидностей одного поверхностного белка, гемагглютинина, и девять разновидностей другого, нейраминидазы, что привело исследователей к выводу, что водоплавающие птицы являются основным резервуаром вируса гриппа А. Сезонные вирусы гриппа А, которые сегодня регулярно заражают людей, ограничиваются вариациями подтипов H1N1 и H3N2. Однако вирусы других типов А регулярно распространяются среди домашней птицы, лошадей, собак и свиней.
По мере циркуляции вирус изменяется, постоянно создавая новые проблемы для иммунной системы. Одним из источников изменений является его высоко мутирующий РНК-геном, допускающий "дрейфы" во время каждого раунда вирусной репликации. Но у гриппа есть еще один маневр, который ускоряет его эволюцию. Вирусная РНК разбита на восемь сегментов, которые могут меняться местами между родственными подтипами. Поэтому если один вирус типа А попадает в клетку человека, уже зараженную другим, то при репликации их два генома могут смешиваться. В результате этой рекомбинации, или "сдвига", образуется вирусное потомство с сегментами РНК обоих штаммов.
Дрейф вынуждает разработчиков вакцин каждый год выпускать новую вакцину для борьбы с распространением сезонного гриппа. Когда измененные вирусы появляются из животного резервуара, изменения иногда значительно усиливают передачу и повышают иммунную устойчивость - и даже могут вызвать пандемию. "Грипп - это акробат", - говорит Нельсон. "Вы должны мыслить в восьми измерениях".
Несмотря на многолетнее изучение эволюции вирусов гриппа свиней и других животных, Марта Нельсон до этого года не посещала выставки свиней. Фото: J. Cohen/Science
Свиньи являются основным местом для этой акробатики. При заражении свиней птичьи вирусы могут рекомбинироваться с вирусами, уже находящимися в организме свиней, которые более легко инфицируют людей. В результате может появиться новый штамм, чуждый иммунной системе человека, который более склонен к распространению среди людей, чем исходный птичий вирус.
Именно такой каскад проблем начался в 1979 году, когда птичий вирус H1N1 перешел от диких уток к свиньям в Европе. Спустя десятилетия некоторые из его генов были обнаружены в вирусе H1N1, который вызвал пандемию 2009 года, перейдя от мексиканских свиней к людям примерно в марте 2009 года.
Всего через 5 месяцев после появления вируса, получившего название pH1N1, мазки из носа выставочных свиней на ярмарке штата Миннесота продемонстрировали угрозу межвидовой передачи вируса: вирус был обнаружен у 12% животных: на этот раз свиней заразили люди. Когда тогдашний министр сельского хозяйства Том Вилсак сообщил о заражении свиней на выставке, цены на свинину резко упали. "Промышленность была очень зла на нас", - рассказывает Грей, который в то время работал в Университете Флориды и возглавлял исследование. "Мы просто занимались наукой, но это быстро переросло в политику".
Риск того, что вирус гриппа с пандемическим потенциалом попадет к человеку через свиней, зараженных от птиц, остается таким же реальным, как и раньше. Но огромные коммерческие фермы, выращивающие свиней тысячами, возможно, не являются самой большой угрозой. На крупных фермах в США и многих других странах меры биоконтроля ограничивают контакты между людьми и свиньями, говорит Джеймс Лоу, ветеринар свиней из Университета Иллинойса, который изучает грипп в коммерческих стадах свиней. Вместо этого он беспокоится о таких больших выставках, где молодые дрессировщики соревнуются за пряжки, знамена и ленты за то, что они вырастили самую красивую свинью породы дюрок, хэмпшир, ландрас, беркшир или кроссбред. "Поголовье выставочных свиней - это то, которое имеет все эти взаимодействия с людьми". Но это риск, говорит он, который "все как бы игнорируют".
В 2009 году Боуман, как и его отец до него, был на втором году своей карьеры в качестве практикующего ветеринара свиней в Огайо. Профессор из OSU, где Боуман учился в ветеринарной школе, связался с ним и спросил, не хочет ли он вернуться, чтобы получить докторскую степень и заняться проверкой выставочных свиней на грипп. Боуман сомневался, стоит ли возвращаться в академическую среду, но предложение привлекло его. "Мы понятия не имели, что происходит с гриппом и этими свиньями", - вспоминает он.
Поначалу его просьбы взять мазки из носа на выставках свиней были встречены с большим подозрением. "Боялись, что мы воспользуемся информацией и закроем их", - говорит Боуман. Другие люди опасались, что взятие мазков каким-то образом навредит свиньям и судьи "выставят их за ворота" - на жаргоне шоу это означает снятие с соревнований. "У нас бывало и такое: "Моя свинья побеждала до тех пор, пока вы не взяли у нее мазок из носа", - смеется Боуман. Вначале он брал пробы глубокой ночью, чтобы избежать конфликтов.
Но научная ценность работы не может быть оспорена. В 2012 году CDC зарегистрировал 307 случаев заражения людей вариабельными штаммами гриппа - самое большое число за один год, причем большинство из них было связано с сельскохозяйственными выставками. "Вдруг у меня в руках оказываются все эти образцы свиней с окружной ярмарки, и мы видим, что все эти дети заболели гриппом свиного происхождения на тех же ярмарках, на которых были мы", - говорит Боуман. "Это был случай, когда я оказался в нужное время в нужном месте".
Многие случаи заболевания людей в 2012 году произошли в Индиане, и на следующий год организаторы ярмарки этого штата попросили Боумана взять мазки из носа у прибывающих свиней, чтобы лучше понять, сколько из них были инфицированы в самом начале. Организаторы также измерили ректальную температуру свиней, что замедлило вход на ярмарку и разозлило участников, которые необоснованно обвинили Боумана. Жалобы дошли до губернатора Индианы и Национального совета по свинине. Тем не менее, Боуман постепенно все больше убеждал организаторов ярмарок и участников, что между их любовью к демонстрации свиней и его исследованиями, целью которых является просвещение людей и снижение заболеваемости животных, обслуживающего персонала и посетителей ярмарки, нет большой разницы. "Они были благословением", - говорит Келли Морган, учительница из Колумбуса, которая организует шоу джек-потов и вместе со своей семьей выращивает около трех десятков выставочных свиней.
Боуман - "солидный ветеринар, солидный ученый и свиновод, и поэтому он смог преодолеть эту проблему", - комментирует Лоу. "То, чего он добился, наладив отношения с этой толпой, что позволило ему получить доступ к объектам и провести сбор данных, - это не что иное, как чудо".
Впервые Боуман и Нельсон пообщались друг с другом в 2015 году на встрече сети исследователей гриппа, организованной Национальным институтом аллергии и инфекционных заболеваний США (NIAID). "В первые же несколько минут мы поняли, что наши интересы совпадают", - вспоминает Нельсон. Она изучала эволюционное происхождение вариабельных вирусов, вызвавших крупную вспышку заболевания людей на ярмарках в 2012 году, но у нее были образцы только от коммерческих свиней. "У меня аж слюнки потекли, когда я нашла кого-то, кто действительно брал пробы у самих выставочных свиней", - говорит она.
С тех пор практический опыт Боуман в отборе образцов у свиней объединился с жестким фокусом Нельсона на эволюционной биологии вирусов, которые они находят. По словам Лоу, "Марта не может делать то, что делает Энди, а Энди не может делать то, что делает Марта". По словам Элоди Гедин, которая занимается геномными исследованиями вирусов в NIAID, полученные в результате исследования передачи вируса между людьми и свиньями - это "совершенно другой уровень". "Это действительно важные исследования, позволяющие понять динамику и увидеть, что происходит из года в год".
Первое исследование Боумана и Нельсон, опубликованное в январе 2016 года в журнале Journal of Infectious Diseases, использовало витиеватые семейные деревья, которые Нельсон создала на основе образцов вируса Боумана, чтобы проследить четырехсезонный цикл перемещения вируса между свиньями и людьми. Он начинается зимой, когда сезонные вирусы гриппа распространяются среди людей и иногда заражают свиней. На небольших фермах инфекции, передающиеся от человека к свинье, быстро угасают. Но когда люди заражают коммерческие стада, что происходит, несмотря на усилия по биологической защите, вирусы перемещаются между животными в течение весны и снова передаются. Затем они могут распространяться на выставочных свиней, которые живут в отдельных загонах на одной территории, или даже, благодаря ветру, на соседние фермы. К лету, когда выставочные свиньи собираются на выставках, сезон гриппа для людей заканчивается. Но свиньи легко заражают друг друга, что приводит к появлению новых рекомбинированных вирусов и периодическому заражению людей вариабельными вирусами гриппа.
"Если бы не было коммерческих свиней, то не было бы и вирусов гриппа у выставочных свиней", - говорит Нельсон. Огромная библиотека сиквенсов Боумана также позволила им увидеть, что переходы от коммерческих к выставочным свиньям, вероятно, происходят много раз в год. " Среди вирусов гриппа у выставочных свиней оказалось удивительно много генетического разнообразия, учитывая, что это такая маленькая популяция, которая собирается в большом количестве только на короткий летний выставочный сезон", - объясняет Нельсон.
В то же время, как сообщили Нельсон и Боуман в декабре 2016 года в журнале Journal of Virology, животные на выставках в округах и штатах, удаленных друг от друга, иногда имели идентичные вирусы. "Это был момент, когда мы поняли, что должно быть что-то еще, способствующее столь быстрому распространению этих вирусов на большие расстояния между выставками", - вспоминает Нельсон.
Нельсон и Боуман поняли, что ключевую роль в распространении этих вирусов играют выставки, такие крупные как "Джекпот". Свиньи на окружной выставке должны быть из этого округа, и такое же географическое ограничение действует на выставках штата. Но джекпот-шоу привлекают участников из самых разных мест. Чтобы понять, как они влияют на вирусный трафик, исследователи посетили выставку в начале сезона в Айове, на которую приехали участники из 17 штатов. (На выставке распространялись четыре разных вируса гриппа, один из которых составлял 80% случаев заражения свиней. Когда свиньи с выставки разъехались по своим штатам, они привезли с собой этот вирус. Позднее исследователи обнаружили грипп у свиней на 38 ярмарках округов и штатов, и 94% из них имели вариант, доминировавший на шоу "Джекпот". Этот вариант также был ответственен за 90% случаев гриппа среди людей, связанных с выставками в том году.
Местные ярмарки, а не джек-пот шоу, являются местом, где варианты свиного гриппа с наибольшей вероятностью переходят к людям. Хотя в результате многолетнего отбора проб команда Боумана обнаружила грипп только в 30% ярмарок, по сравнению с 80% джек-пот шоу, ярмарки часто длятся дольше. Поэтому к концу ярмарки инфицированными оказываются до 80% свиней, что гораздо выше, чем на джек-пот шоу. Кроме того, на ярмарках гораздо больше людей взаимодействуют со свиньями, что увеличивает риск зоонозных переходов. "Случаи заболевания людей обычно появляются в конце ярмарки, потому что если у вас 250 свиней, передающих вирус, то это будет просто облако вируса гриппа", - поясняет Боуман.
Чтобы снизить риск для людей, говорят Боуман, Нельсон и другие, регулярное тестирование выставочных свиней, которые составляют всего 1,5% от свиного стада США, должно стать стандартной практикой. Но такой программы "активного наблюдения" не существует. Вместо этого в США действует пассивная система, которая полагается на то, что фермы берут пробы больных свиней, а затем добровольно сообщают об их обнаружении в Министерство сельского хозяйства.
Боуман уже убедил организаторов нескольких свиноводческих выставок запретить детям спать рядом с животными. На одной из выставок дети повесили гамаки над своими свиньями. "Я им: "Ребята, вы чего...", - рассказывает Боуман. Теперь гамаки исчезли, как и кроватки в загонах - по крайней мере, на тех выставках, которые посещает его команда. "Это двигает дело", - утверждает Нельсон.
В торговом зале на выставке в этом году сотрудники Боумана организовали станцию для обучения детей тому, как уменьшить распространение гриппа. Проект, начатый 7 лет поощряет детей присоединиться к программе "Свиновед", предлагая бесплатное мороженое и наклейки с изображением свиньи в лабораторном халате. В "перестрелке патогенов" дети убивают грипп из пистолетов, сбивая пластмассовые вирусы с пьедесталов. Они также могут взять ведра для обеспечения биологической безопасности, в которых хранятся мыло, щетка, дезинфицирующее средство, перчатки и другие предметы первой необходимости. "Я не собираюсь убеждать родителей делать все по-другому, но я думаю, что смогу увлечь детей", - утверждает Боуман. "Так что это действительно долгосрочная игра. Через десять лет, я думаю, я смогу изменить некоторые модели поведения".
Команда Боумана также записывает людей в возрасте от 5 до 21 года в долгосрочное исследование для отслеживания любых инфекций гриппа, которые они подхватывают, что требует немедленного взятия образца крови. (Мне интересно посмотреть, что они найдут в моей крови", - говорит новый рекрут Сэм Фокс, 18 лет, который живет в Индиане и большую часть своего детства занимался свиноводством. "Я готов поспорить, что за последние 8 лет у меня было всего несколько недель, когда я не был рядом с свиньями". Морган утверждает, что образовательная программа помогла успокоить первоначальные опасения по поводу отбора проб у свиней. "Энди и Жаклин не делают ничего, кроме улучшения здоровья свиней и детей", - говорит Морган, чей сын показывал свиней и участвовал в образовательной программе.
Более амбициозные идеи Боумана и Нельсон включают в себя требование, чтобы все животные получали вакцину против гриппа, которая, если будет соответствовать циркулирующим вариантам, может уменьшить передачу инфекции. Исследователи даже предложили, чтобы свиньи, участвующие в национальных или региональных выставках джекпотов, не показывались снова в течение 2 недель: нажатие кнопки "пауза" даст достаточно времени для того, чтобы вирус в организме зараженных свиней сгорел, прежде чем у них появится шанс распространить его. Но Боуман считает, что эта идея не получила поддержки, отчасти потому, что люди, выигравшие свиней в джекпотах, по понятным причинам хотят выставляться в течение следующих нескольких недель на ярмарках штата и округа. "Это трудно", - говорит он. "Мы вносим изменения, и это профилактика пандемии. Но как вы можете количественно оценить влияние этих изменений?".
Боуман считает, что на данный момент самой насущной необходимостью является сбор достаточного количества данных для правильной оценки рисков этой легендарной американской традиции. "Будет ли это шоу началом чего-то?" - спрашивает он о предстоящей экспозиции. "Я не знаю, потому что мы уже давно держим руку на пульсе. Но что-то еще наверняка можно придумать."
