Вирусы. Драйверы эволюции. Друзья или враги?

В 2004 году вспышка чикунгуньи в Киншасе дала начало эпидемии, которая распространилась вплоть до островов Тихого океана. Таким образом, возникли новые генетические варианты чикунгуньи. Точечная мутация, приведшая к замене остатка аланина на остатком валина в белке оболочки вируса, позволила ему успешно реплицироваться в новом переносчике – организме комара A. albopictus. Этот комар имеет намного более обширный ареал обитания, чем A. aegipti, и обнаруживается в более умеренном климате. В настоящее время заболевание эндемично для Африки, Ближнего Востока, Европы и обеих Америк, включая Соединенные Штаты, куда заболевание проникло с яйцами комаров в дождевой воде, скопившейся на поверхности использованных автомобильных покрышек. Средства распространения нового генетического варианта чикунгуньи, таким образом, понятны. Примечательно, что замена всего одной аминокислоты сыграла решающую роль в глобальном распространении вируса и в том, что вспышки вызванного им заболевания были зарегистрированы уже четыре раза (Tsetsarkin et al., 2011). Несмотря на кажущуюся простоту этого мутационного пути к повышению эпидемического потенциала, наблюдения показали, что у некоторых штаммов этого вируса, в особенности эндемичных азиатских штаммов, вирусы с этой мутацией никогда не вызывают эпидемии. Представляется, что это пример предела другого типа, ограничивающего эволюционную гибкость вирусов: некоторые мутации легко переносятся и даже могут быть полезными в контексте одного генотипа, но являются губительными для другого. Известно, что такие эпистатические взаимодействия оказывают сильное влияние на доступность путей адаптивной эволюции. Если мы соотнесем это с нашим воображаемым ландшафтом приспособленности, то эпистаз будет добавлять пейзажу шероховатости и некоторым генотипам будет трудно или невозможно его пересечь из-за участков нежизнеспособности генома. Другие же генотипы будут легко преодолевать ландшафт по коротким высокогорным перевалам. Сегодня тихоокеанские вирусные линии быстро эволюционируют и занимают возвышенные места нашего ландшафта. Варианты E1-A226V накапливают дополнительные мутации, что приводит к дополнительным преимуществам перед лицом естественного отбора для вируса, переносчиками которого являются комары A. albopictus, и нам следует ожидать, что в будущем такие варианты будут доминировать как эпидемические вирусы.

Наш второй альфа-вирус, кузен чикунгуньи, – это венесуэльский вирус лошадиного энцефалита. Он тоже познакомит нас с генетическими вариантами, порождающими эпидемии у человека. В обеих Америках в прошлом веке разражались взрывоподобные эпидемии этой инфекции; недавняя эпидемия 1995 года поразила 100 тысяч человек. Человеческая эпидемия возникла из-за заражения людей от лошадей, мулов и ослов. Исчезновение и спорадические возвращения этой болезни было загадкой до тех пор, пока вирусологи не обнаружили, что венесуэльский вирус лошадиного энцефалита вызывает эпизоотии, циркулируя в популяциях мелких лесных и болотных грызунов. Переносчиком вируса выступают в этом случае комары рода Culex. Вирус, циркулирующий в этом резервуаре, обычно не проявляет вирулентности в отношении непарнокопытных, но ученые обнаружили, что вспышка каждой эпидемии неизменно совпадала с возникновением той же мутации в оболочке вируса (Brault, Powers, Weaver, 2002). Эти варианты вирусов являются более вирулентными для лошадей, в большой концентрации циркулируют в их крови и поэтому часто попадают в желудки комаров, питающихся кровью лошадей. Следовательно, возрастает эффективность, с какой эта болезнь передается людям, особенно тем, кто тесно контактирует с лошадьми. Здесь зоонозную инфекцию у человека опосредует иной механизм; варианты с повышенной вирулентностью в эпизоотиях обладают селективными преимуществами, и комары-переносчики более активно переносят их от большого числа животных-хозяев к человеку.