Вирусы и эпидемии в истории мира. Прошлое, настоящее и будущее

Начиная с 1995 года Джефф Таубенбергер и его коллеги из Института патологии вооруженных сил в Вашингтоне, округ Колумбия, начали анализ легочных тканей людей, умерших во время пандемии гриппа 1918 года. В марте 1997 года часть нуклеиновой кислоты вируса гриппа была выделена из фиксированного формалином образца легочной ткани 21-летнего военнослужащего, погибшего во время пандемии гриппа в Испании в 1918–1919 годах¹⁵.

В течение следующих 10 лет с использованием коллекции дополнительных фиксированных формалином тканей и кусочка легочной ткани уроженца Аляски, умершего во время пандемии 1918–1919 годов и похороненного в вечной мерзлоте (подобно ткани, хранящейся в морозильной камере), был возрожден вымерший вирус гриппа 1918 года¹⁶, что явилось чудом молекулярной биологии и научной интуиции. Технология включала не только выделение РНК из пораженной ткани жертвы давней пандемии и создание копии ДНК на матрице РНК, но и независимое использование обратной генетики, сначала Питером Палезе из Медицинской школы Маунт-Синай в Нью-Йорке, а затем Йошихиро Каваока из Университета Висконсина. Сочетание этой технологии и творческих усилий ученых позволило восстановить активный реплицирующийся вирус гриппа пандемии 1918 года. Опять же, свою роль сыграла интуиция. Как сказал мне Джефф Таубенбергер, «завершив свое медицинское и исследовательское образование (в области иммунологии), я занял должность главы лаборатории молекулярной патологии в Институте патологии вооруженных сил США в Вашингтоне, округ Колумбия». Когда его руководитель попросил его спланировать, помимо его основного исследовательского интереса, иммунологии, проект с использованием образцов, хранящихся в Институте вооруженных сил, Таубенбергер решил использовать ткани из коллекции фиксированных формалином живых тканей, в изобилии хранящихся в Институте, для поиска геномных последовательностей вируса пандемического гриппа. Это не было новым подходом, так как исследователи из нескольких лабораторий занимались подобным поиском реликтовых микроорганизмов. Преимущество Таубенбергера заключалось в том, что он нашел образцы тканей времен пандемии гриппа 1918 года, не затронутые вторичными бактериальными инфекциями, которые могли бы повредить последовательности вирусной РНК.

Поскольку первые вирусы гриппа были выделены в 1930-х годах, характеристика штамма 1918–1919 годов основывалась на молекулярном определении вирусной РНК. Последующая реконструкция вируса гриппа, содержащего все восемь его субъединиц и с использованием обратной генетики для создания инфекционного вируса, дала новую и неожиданную информацию^16,42-45. Во-первых, в отличие от вирусов гриппа пандемий 1957 и 1968 годов, у которых гены гемагглютинина и нейраминидазы были пересортированы с птичьими генами, гены H и N вируса пандемического гриппа 1918 года произошли из чисто птичьего источника и скрестились с человеческими после генетической адаптации. Таким образом, анализ генетической последовательности H1N1 пандемического вируса гриппа 1918 года по сравнению с последовательностями нескольких биологических видов показал происхождение от птиц, поскольку последовательность H1N1 была ближе к последовательностям птичьего H1N1, чем к последовательностям H1N1 человека. Последние гены отличались генетически на 25 изменений в последовательности белка от всех известных генов птичьего гриппа. Возможно, эти исходные последовательности у птиц больше не встречаются или представляет собой смесь последовательностей птиц, свиней, и человека. Однако за период 1918–1919 годов нет отчетов, где упоминались бы аномальная смертность или болезни среди водоплавающих или других птиц. Вирусологи-детективы сейчас обследуют на наличие вирусов гриппа коллекции птиц в Смитсоновском институте, составленные примерно в 1918–1919 годах.

Детальное исследование на молекулярном уровне показало, что реконструированный штамм вируса пандемического гриппа 1918 года связан с рецепторами α-2,6 сиаловой кислоты (рецептор гриппа человека), а не с рецептором α-2,3 сиаловой кислоты (рецептор птичьего гриппа). Более того, один ген H, выделенный из штамма 1918 года, связывается только с рецептором сиаловой кислоты α-2,6, тогда как второй изолят гена H связывается двойным образом с рецепторами сиаловой кислоты α-2,6 и α-2,3, что свидетельствует о смесях циркулирующих вирусов гриппа. Важно отметить, что возрожденный вирус гриппа 1918 года реплицировался в отсутствие добавления протеазы трипсина. Большинство молекул H патогенного вируса гриппа содержат сайт расщепления основных остатков и требуют расщепления внутри клеток-хозяев для репликации. Таким образом, для выращивания вирусов гриппа в культурах клеток вирусолог добавляет протеолитический фермент, такой как трипсин. Напротив, молекула H вируса пандемического гриппа 1918 года имеет один основной остаток и может реплицироваться в клетках без добавления трипсина.