Вирусы. Драйверы эволюции. Друзья или враги?

В основе успешности вируса гриппа A как эпидемического патогена лежит его способность создания генетических вариантов, что позволяет избежать удара иммунной системы в популяции хозяев: вирусы гриппа – подлинные мастера по смене своих антигенов. Иногда это удается сделать так удачно, что разражаются всемирные эпидемии – пандемии. В прошлом столетии мы пережили четыре такие пандемии, самая последняя была в 2009 году (Salomon, Webster, 2009; Kilbourne, 2006). Вирус гриппа, циркулирующий в популяции во время сезонных эпидемий, как правило, имеет небольшие антигенные отличия от штаммов, вызвавших эпидемию предыдущего года. Напротив, пандемические штаммы очень сильно отличаются своим антигенным составом от прочих штаммов, и у людей отсутствует иммунологическая память на эти новые антигены. Возможность такой генетической вариабельности обеспечивается мутациями и генетическими обменами. Быстрота циклов репликации вируса в организме хозяина и устойчивая цепь передачи вирусов между многочисленными хозяевами являются условием возникновения множества мутаций. Подобно другим РНК-содержащим вирусам, вирусная РНК-полимераза делает приблизительно одну ошибку на 1000–10 000 включенных в цепь рибонуклеотидов (Nelson, Holmes, 2007). Следовательно, мы должны полагать, что вирус гриппа также существует в образе квазивида. Сложность состава квазивида преходяще ограничивается «бутылочным горлышком» при передаче вируса от одного хозяина другому, она быстро восстанавливается после инфицирования нового хозяина. Это важный и устойчивый источник генетической вариабельности, которая может быть объектом как очищающего, так и положительного отбора, в зависимости от природы и активности селективного давления иммунитета. Вторым источником вариабельности вируса гриппа A является обмен генетическим материалом между вирусами, инфицирующими одну и ту же клетку. Сегментированная природа РНК-генома вируса гриппа допускает замену сегментов в геноме, что приводит к возникновению новых химерических вирусов с радикально измененными патогенными и антигенными свойствами. Набор сегментов в геноме вируса гриппа A можно сравнить с колодой на руках сдающего в покере. Карты можно брать, и набор их у игрока может измениться как в лучшую, так и в худшую сторону. Так же как в покере, естественный отбор заботится о том, чтобы неудачные расклады исчезали, а оставались только жизнеспособные, которыми и продолжают игру. Этот феномен генетической перетасовки является формой горизонтального переноса генов и напоминает приобретение бактериями новых признаков в результате конверсии фагов. В данном случае вновь созданный вирус обладает одним или более вирусными генами, обеспечивающими преимущество. Такие перемещения, которые приводят к получению новых сегментов для ГА или НА из вирусов других подтипов, являются главным источником возникновения новых, потенциально пандемических штаммов, снабженных антигенными новшествами. Это, пожалуй, самое мощное и непредсказуемое оружие в арсенале вируса гриппа. До изобретения секвенирования нуклеотидных последовательностей разнообразие вирусов гриппа описывали исключительно на основании серологических критериев, и обнаруживаемое разнообразие ограничивалось антигенными различиями вирусных штаммов с разными подтипами ГА и НА на их поверхности. Так как реакция антител на вирус гриппа определяется гликопротеинами ГА и НА на поверхности вирусного капсида, описание вирусов гриппа опиралось на их антигенные свойства. То же самое остается и сегодня, поскольку это самый обильный источник антигенного разнообразия, которое определяет патогенный потенциал вирусов гриппа. Тем не менее сегодня мы можем дополнить анализ отдельных групп вирусов знанием нуклеотидных последовательностей в генах ГА и НА, а также последовательностей в шести других генных сегментах вирусного генома.