Как вирусы мутируют и переходят на новые виды?
Вирусы — это не более чем паразитические фрагменты РНК или ДНК. Несмотря на это, они невероятно многочисленны и генетически разнообразны. Мы не знаем точного числа видов вирусов, но их могут быть триллионы.
Прошлые вирусные эпидемии повлияли на эволюцию всей жизни. Около 8% генома человека состоит из фрагментов ретровирусов — генетических "окаменелостей", оставшихся от эпидемий, которые пережили наши предки.
COVID-19 напоминает о разрушительном воздействии вирусов не только на людей, но и на животных и сельскохозяйственные культуры. Впервые болезнь подтвердили у тигра в зоопарке Бронкса в Нью-Йорке, предположительно заразившегося от сотрудника. У шести других тигров и львов также наблюдались симптомы.
По данным BBC, эксперты по охране природы считают, что COVID-19 может угрожать и таким животным, как дикие гориллы, шимпанзе и орангутаны.
Хотя вирусологи активно изучают, как вирусы мутируют и передаются между видами, и в некоторой степени понимают этот процесс, многие пробелы в знаниях остаются.
Специалисты в своем деле
Большинство вирусов — специалисты. Они устанавливают длительные связи с предпочитаемыми видами-хозяевами. В таких отношениях вирус может не вызывать симптомов болезни. Более того, вирус и хозяин могут приносить друг другу пользу в симбиозе.
Иногда вирусы "возникают" или "перескакивают" (spillover) от своего первоначального хозяина к новому. Когда это происходит, риск заболевания возрастает. Большинство инфекционных болезней, поражающих людей и наше продовольствие, — результат таких "перескоков" от диких организмов.
Новый коронавирус (SARS-CoV-2), появившийся в Ухане в ноябре, на самом деле не "новый". Вирус эволюционировал в течение долгого времени, вероятно, миллионов лет, в других видах, где он до сих пор существует. Мы знаем, что у вируса есть близкие родственники у китайских подковоносов, промежуточных подковоносов и панголинов — которых в Китае считают деликатесом.
Предыдущие коронавирусы, включая вирус тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV), перескакивали с летучих мышей на людей через промежуточное млекопитающее. Некоторые эксперты предполагают, что малайские панголины послужили таким звеном для SARS-CoV-2.
Хотя первоначальный хозяин вируса SARS-CoV-2 не идентифицирован, нам не стоит удивляться, если это существо выглядит совершенно здоровым. Многие другие коронавирусы естественным образом существуют в популяциях диких млекопитающих и птиц по всему миру.
Откуда они постоянно берутся?
Деятельность человека способствует появлению новых патогенных (вызывающих болезни) вирусов. По мере того как мы отодвигаем границы последних диких уголков Земли — вырубая леса под фермы и плантации, — вирусы дикой природы взаимодействуют с сельскохозяйственными культурами, домашним скотом и людьми.
Виды, которые эволюционировали отдельно, теперь смешиваются. Глобальные рынки позволяют свободную торговлю живыми животными (включая их яйца, семя и мясо), овощами, цветами, луковицами и семенами — и вирусы путешествуют вместе с ними.
Люди также нагревают климат. Это позволяет некоторым видам расширять свой географический ареал в зоны, которые ранее были слишком холодными для обитания. В результате многие вирусы впервые встречаются с новыми хозяевами.
Как они совершают "прыжок"?
"Перескок" вируса — сложный процесс, который до конца не изучен. В природе большинство вирусов привязаны к определенным хозяевам из-за специфических белковых взаимодействий по принципу "замка и ключа". Они необходимы для успешной репликации, перемещения внутри хозяина и передачи между хозяевами.
Чтобы заразить нового хозяина, некоторые или все белковые "ключи" могут нуждаться в модификации. Эти модификации, называемые "мутациями", могут происходить в старом хозяине, новом или в обоих.
Например, вирус может перескочить от хозяина А к хозяину Б, но он не будет хорошо реплицироваться или передаваться между особями, если несколько белковых ключей не мутируют либо одновременно, либо последовательно. Низкая вероятность этого делает "перескоки" редкими.
Чтобы лучше понять, как происходят "перескоки", представьте, что вирус — это короткий рассказ, напечатанный на листе бумаги. В рассказе описано:
- как жить в определенном типе клеток внутри конкретного хозяина,
- как перейти в соседнюю клетку,
- как передаться новой особи того же вида.
В рассказе также есть инструкции по созданию копировального аппарата для вируса. Эта машина — фермент под названием полимераза — должна штамповать бесконечные идентичные копии рассказа. Однако полимераза иногда допускает ошибки.
Она может пропустить слово или добавить новое слово или фразу в рассказ, слегка меняя его. Эти измененные вирусные рассказы называются "мутантами". Очень редко мутантный рассказ описывает, как вирус может жить внутри совершенно нового вида-хозяина. Если мутант и этот новый хозяин встретятся, может произойти "перескок".
Мы не можем предсказать "перескоки" вирусов на людей, поэтому превентивная разработка вакцин невозможна. Ведутся постоянные дискуссии об "универсальной вакцине против гриппа", которая обеспечивала бы иммунитет против всех мутантов вируса гриппа. Но пока это невозможно.
Оставьте дикую природу в покое
Несмотря на огромное количество существующих вирусов, относительно немногие угрожают нам, а также растениям и животным, от которых мы зависим.
Тем не менее, некоторые существа особенно опасны в этом отношении. Например, коронавирусы, вирусы Эбола и Марбург, вирусы Хендра и Нипах, лиссавирусы, подобные бешенству, и парамиксовирусы, подобные паротиту/кори, — все происходят от летучих мышей.
Учитывая огромное количество существующих вирусов и нашу готовность предоставлять им глобальный транспорт, будущие "перескоки" неизбежны. Мы можем снизить их вероятность, улучшив эпиднадзор за вирусами в больницах и на фермах.
Нам также следует признать дикую природу не только за ее внутреннюю ценность, но и как потенциальный источник болезнетворных вирусов. Поэтому давайте соблюдать "социальную дистанцию" и оставим дикую природу в дикой природе.