Как мутируют вирусы и почему
Почему вирусы мутируют и как это происходит
Подобно тому, как естественный отбор формировал эволюцию человека, животных, растений и всех живых организмов на нашей планете, этот же процесс происходит в огромном, невидимом человеческому глазу, мире вирусов. Хотя вирусы не могут «технически» жить самостоятельно, – для своих репродуктивных функций им необходим организм-хозяин,– они постоянно подвержены эволюционным влияниям.
Подобно тому, как естественный отбор формировал эволюцию человека, животных, растений и всех живых организмов на нашей планете, этот же процесс происходит в огромном, невидимом человеческому глазу, мире вирусов. Хотя вирусы не могут «технически» жить самостоятельно, – для своих репродуктивных функций им необходим организм-хозяин,– они постоянно подвержены эволюционным влияниям.
Вирусы представляют собой неклеточную форму жизни без собственной системы образования энергии, поражающие живые организмы, необходимые им для размножения. Только внутри животной или растительной клетки, вирус способен изменяться и формировать новые вирусные структуры. Для человека, животных и растений вирусы – это источник многих заболеваний.
Иммунная система человека использует ряд приемов для борьбы с патогеном (микроорганизм, вызывающий болезнь). А патоген, в свою очередь, находит ответные приемы, чтобы избежать губительного влияния иммунной системы. Это происходит путем создания многочисленных копий, которые распространяются по клеткам пораженного организма. Новообразованное поколение вируса наследует именно те характеристики, которые являются сильной стороной этого вида и помогают выжить, а те свойства, которые затрудняют распространение, просто теряются. Такая несложная система представляет невиданную силу и таит в себе угрозу образования заболеваний, с которыми медицина не успевает справляться.
Возьмем, например, вирус, который мутировал и стал смертельным для своего хозяина. В течение считанных часов человек погибает от инфекции. А вирусу требуется новый, здоровый организм для своего потомства. В том случае, если «хозяин» погиб раньше, чем кто-либо от него заразился, мутация исчезнет.
Единственным способом, которым организм-хозяин защищает себя от вируса, является выработка антител. Антитела защищают клетки хозяина от проникновения вируса, образуя снаружи клетки мощный щит, не пропускающий белок конкретного вирусного штамма. Мутировавший вирус, который оказывается отличным от других, поразивших хозяина, получает преимущество: у хозяина отсутствует сформированный ранее иммунитет в виде антител к этому вирусу.
Несмотря на отсутствие клеточной структуры, природа вирусов зашифрована в их генах (которых может быть всего два или многим более, до 200). Различают ДНК и РНК вирусы. ДНК является более стабильной молекулой, чем РНК, а также ДНК вирусы обладают особым свойством проверки своей структуры, что является частью их репродуктивной функции. Для этого они используют клетку хозяина, которая контролирует репликацию правильного набора ДНК. Таким образом, ДНК вирусы практически не подвержены изменению, а, следовательно, их мутация близка к нулю. РНК менее стабильная молекула, и функция контроля репликации у РНК вирусов отсутствует. В процессе формирования новых вирусов, при копировании РНК, очень часто возникают ошибки. Вирусы мутируют и представляют особую опасность для человека. Самыми распространенными РНК вирусами являются вирусы гриппа и иммунодефицита человека (вызывающего СПИД).
Вакцинация – это искусственно созданный способ предотвращения заболевания, вызываемого вирусами, которые уже были основательно изучены учеными-медиками. Вакцина (которую в большинстве случаев в кровь вводят еще в детстве) содержит уже готовые антитела и организм оказывается защищенным от таких серьезных заболеваний, как полиомиелит, корь, паротит и других. Вирусологи всего мира не прекращают работы по изучению природы новых вирусов и созданию современных вакцин для защиты человечества.
Самым частым вирусным заболеванием, которым ежегодно страдают миллионы людей, является грипп. Его вирус особенно подвержен мутациям, что на сей день делает невозможным создание универсальной вакцины, которая бы раз и навсегда защитила человека от этого заболевания. Каждый сезон ученые создают новую вакцину, направленную против конкретного штамма вируса гриппа, претерпевшего очередную мутацию. Последние годы сезонная вакцинация против гриппа становится все более и более массовой, но нет полноценной гарантии, что в индивидуальном случае она окажется эффективной. Современные научные технологии и передовые умы из области медицины, своевременно реагируют на появление новых мутация и вирусов, которые несут особую опасность для человека. Самым последним тревожным сообщением в мире вирусологии является вспышка вируса Эболы, проявившаяся на африканском континенте летом 2014 года. Пока, ученые выяснили только то, что вирус отличается высокой степенью мутации – от человека к человеку вирус попадает уже в мутировавшей форме. Прогнозы ученых пока неутешительны, поскольку есть предположения, что пандемия вирусной геморрагической лихорадки (возбудитель – вирус Эбола) охватит более 20 тыс. человек в период от шести до девяти месяцев. Но исследования и попытки создания эффективной вакцины и лекарств для лечения этого вируса, не прекращаются, и остается только надеяться, что они увенчаются успехом, и человечество будет спасено от смертельной угрозы.
Материал подготовлен Ириной Ниловой, волонтером общеобразовательного проекта Expertoza
Вирус Эбола Начал Мутировать
Что мы знаем о вирусах и методах защиты от них?
Что такое вирус?
Как устроен вирус?
В центре агента находится генетический материал РНК или ДНК, вокруг которого располагается белковая структура — капсид.
Капсид служит для защиты вируса и помогает при захвате клетки. Некоторые вирусы дополнительно покрыты липидной оболочкой, т.е. жировой структурой, которая защищает их от изменений окружающей среды.
Вирусолог Дэвид Балтимор объединил все вирусы в 8 групп, из которых некоторые группы вирусов содержат 1-2 цепочки ДНК. Другие же содержат 1 цепочку РНК, которая может удваиваться или достраивать на своей матрице ДНК. При этом каждая группа вирусов производит себя в различных органеллах зараженной клетки.
Вирусы имеют определенный диапазон хозяев, т.е. он может быть опасен для одних видов и абсолютно безвреден для других. Например, оспой болеет только человек, а чумкой только некоторые виды плотоядных. Вирус не способен выжить сам по себе, поэтому активируется только в хозяйской клетке, используя ее ресурсы и питательные вещества. Цель вируса — создание множества копий себя, чтобы инфицировать другие клетки!
Вирусы. Цикл развития бактериофага. Скачать наглядное пособие в большом разрешении можно здесь.
Как вирус попадает в организм?
Геном вируса встраивается в одну из органелл или цитоплазму и превращает клетку в настоящий вирусный завод. Естественные процессы в клетке нарушаются, и она начинает заниматься производством и сбором белка вируса. Этот процесс называется репликацией. И его основная цель — это захват территории. Во время репликации генетический материал вируса смешивается с генами клетки хозяина — это приводит к активной мутации самого вируса, а также повышает его выживаемость. Когда процесс репликации налажен, вирусная частица отпочковывается и заражает уже новые клетки, в то время как инфицированная ранее клетка продолжает производство.
«Для проникновения в клетку белки поверхности вируса связываются со специфическими поверхностными белками клетки. Прикрепление, или адсорбция, происходит между вирусной частицей и клеточной мембраной. В мембране образуется дырка, и вирусная частица или только генетический материал попадают внутрь клетки, где будет происходить размножение вируса. Сегодня ученые всего мира сделали важное открытие о том, что заражение коронавирусом людей преклонного возраста объясняется тем, что у пожилых людей накапливается специфический белок, который помогает COVID-19 проникать внутрь клетки эпителия».
Выход вируса
Скорость распространения вирусной инфекции
Вирусная латентность
Как вирус распространяется?
Почему с вирусами так тяжело бороться?
Сегодня людям уже удалось победить некоторые вирусы, а некоторые взять под жесткий контроль. Например, Оспа (она же черная оспа). Болезнь вызывается вирусом натуральной оспы, передается от человека к человеку воздушно-капельным путем. Больные покрываются сыпью, переходящей в язвы, как на коже, так и на слизистых внутренних органов. Смертность, в зависимости от штамма вируса, составляет от 10 до 40 (иногда даже 70%), На сегодняшний день вирус полностью истреблен человечеством.
Кроме того, взяты под контроль такие заболевания, как бешенство, корь и полиомиелит. Но помимо этих вирусов существует масса других, которые требуют разработок или открытия новых вакцин.
Коронавирус
К наиболее распространенным симптомам COVID-19 относятся повышение температуры тела, сухой кашель и утомляемость. К более редким симптомам относятся боли в суставах и мышцах, заложенность носа, головная боль, конъюнктивит, боль в горле, диарея, потеря вкусовых ощущений или обоняния, сыпь и изменение цвета кожи на пальцах рук и ног. Как правило, эти симптомы развиваются постепенно и носят слабо выраженный характер. У некоторых инфицированных лиц болезнь сопровождается очень легкими симптомами.
Поскольку пока не изобретено вакцины от COVID-19, в целях защиты от инфекции самым важным для нас является соблюдение гигиены.
Гигиена — раздел медицины, изучающий влияние жизни и труда на здоровье человека и разрабатывающая меры (санитарные нормы и правила), направленные на предупреждение заболеваний, обеспечение оптимальных условий существования, укрепление здоровья и продление жизни.
Сегодня следует соблюдать определенные правила гигиены:
«Мы пытались рассказать Вам не только о существующих научных фактах о вирусах, но и показать, что определенные знания помогают нам в нынешней практической ситуации сохранить свое здоровье и здоровье своих близких. Мы понимаем, что сегодня коронавирус может находиться практически везде: на поверхностях любых предметов, в окружающей среде и т.д. Поэтому самоизоляция – это один из важнейших способов защиты от инфекции. Находясь дома, вы защищаете не только свое здоровье, но и помогаете медикам и ученым, которые сражаются с этим вирусов и день и ночь. Ведь, чем меньше шансов у нас с вами заболеть, тем больше шансов появляется у них, чтобы победить коронавирус. Пожалуйста, оставайтесь дома и соблюдайте режим самоизоляции и нормы гигиены».
Биолог объяснил, чего добивается коронавирус: четыре мутации за два года
«Ученые еще не знают достаточно о вирусах, чтобы создать такое прекрасное произведение»
Сегодня весь мир напряженно следит за мутациями коронавируса. И часто информация не обнадеживает: вирус становится все заразнее, все чаще поражает молодых и, по некоторым данным, утяжеляет течение болезни. Что ждать от дальнейших мутаций? Какие эволюционные задачи ставит перед собой вирус? Почему в Индии заболеваемость резко пошла на спад, а в России стремительно растет? Что будет, если мы все уйдем жить в лес? На эти и многие другие вопросы читателей «МК» в ходе онлайн-конференции рассказал специалист в области молекулярной биологии, доктор биологических наук, профессор Сколтеха Константин СЕВЕРИНОВ.
Константин Северинов Фото: Кадр из видео
— В начале пандемии многие ученые предсказывали, что у вируса нет задачи убивать, поэтому он будет мутировать, повышая свою заразность, но снижая агрессивность. В итоге мы видим, что новые мутации типа Дельта не только передаются значительно легче, но и приводят к более тяжелому течению болезни. Почему?
— Сегодня некоторые эксперты озвучивают теорию, что растянутая во времени вакцинация лишь способствует еще большей мутации штаммов. Так ли это?
— Мне кажется, это типичный случай перекладывания с больной с головы на здоровую. Если провести массовую и быструю вакцинацию, вирусу не останется места, и не остается людей, которых он может заразить. В странах, где вакцинация неполная, вирус может заражать не вакцинированных, и при их заражении появляются новые варианты вируса, которые могут попадать в прослойку вакцинированных, но в большинстве случаев это не приводит ни к чему. Чаще вирусы мутируют в невакцинированных, при этом могут появляться штаммы, способные преодолевать иммунитет вакцинированных. И тогда происходит сдвоенный эволюционный процесс – вирус приобретает изменчивость на невакцинированных и оттачивает свои свойства на получивших прививку.
— Еще недавно Индия была в топе новостей – заболеваемость там росла колоссальными темпами. Сейчас, несмотря на низкие темпы вакцинации, она также резко падает. Почему так?
— Если посмотреть на инфекционные волны во всех странах, то всегда был резкий подъем, причем, часто, когда его никто не ждал, а потом ситуация приходила в условную норму. Наша страна была исключением – при нашей «норме» в 10 тысяч заболевших в день очень много. Но спад происходит по естественным причинам: при сильном развитии эпидемии люди начинают дистанцироваться и соблюдать противоэпидемические меры, часто сами того не сознавая, а государство идет на новые ограничения.
— Высказываются версии, что в Индии причиной мог быть массовый профилактический прием одного ветеринарного средства с недоказанной против коронавируса эффективностью. В социальных сетях России уже сформированы секты поклонников этого препарата…
— Даже не знаю, о чем речь. Лекарств с противовирусной эффективностью от коронавируса не существует. Но наверняка есть люди, которые верят в имбирь, чагу, лимон и другие странные вещи. Бывший президент США Трамп верил в волшебную силу отбеливателя хлорекса.
— Почему у нас такое странное отношение к коронавирусу. В метро собираться можно, а на улице на фестивале нельзя?
— Я не знаю. Было бы полезно, чтобы власти объясняли свои действия. Но если подумать, то можно понять, почему это так. Если ввести жесткие ограничения на проезд в метро, город встанет и люди прекратят работать. А большие фестивали, пусть и под открытым небом, которые создают скученность и способствуют распространению инфекции, при всем уважении, не обязательны для того, чтобы экономика работала.
— Почему некоторые люди болеют очень тяжело, а у кого-то находят антитела, хотя никаких симптомов заболевания не было?
— В начале пандемии были попытки определения генов, которые отвечают за тяжелое течение ковида, но с тех пор об этом ничего не слышно. Определены ди такие гены?
— Утверждения о том, что якобы есть генетические причины, которые влияют на тяжесть течения ковида, не имеют отношения к реальности. Однако некоторые люди способны быстро мобилизовать систему производства антител, что может помочь в борьбе с болезнью. Антитела у разных людей могут вырабатываться индивидуально.
— От чего зависит способность к выработке антител организмом?
— Например, сегодня есть понимание, что после применения действующих вакцин уровень антител повышается на какое-то время, а потом понижается. Но это не значит, что иммунитета нет Для подавляющего большинства неважно, есть антитела или нет – важно, чтобы вакцина предотвращала заболевание. Однако вопрос длительности защитного действия вакцин пока остается открытым. Четких научных данных на эту тему нет, и бессмысленно их требовать. Вакцины официально применятся 6-7 месяцев, и говорить, например, что они дадут иммунитет на два года, невозможно. Меряться антителами интересно, но бессмысленно.
— Тогда можно то же самое сказать и о переболевших? Длительность их иммунитета тоже неизвестна?
— Да. После заболевания уровень антител часто ниже, чем после вакцины. Однако четкой статистики в нашей стране по частоте повторных заболеваний на самом деле нет. Есть только ощущение, на уровне данных из реальной жизни. Но, несмотря на то, что многие пишут, что переболели дважды, на самом деле частота риска повторно заболеть невысока. И в группе риска, прежде всего, непривитые и люди, которые еще не болели.
— В мире мутации гриппа появляются раз в 5-10 лет, а коронавирус за 2 года выдал 4 разных варианта. Почему?
— Новые версии гриппа возникают каждый год, и именно поэтому каждый год модифицируется вакцина. Но коронавирус в целом мутирует меньше, чем вирус гриппа. Тем не менее в условиях пандемии, когда он стремительно распространяется по популяции, идет естественный процесс отбора новых приспособленных, более заразных вариантов, поэтому возникают альфы, беты, гаммы и пр. И это не заговор, а естественный процесс.
— В Индии была большая смертность. Есть ли зависимость уязвимости к коронавирусу от национальности?
— Нет никакой зависимости от национальности или генетики. И в Индии далеко не самая высокая смертность. Даже во времена «лучшие» там умирало 4 тысяч человек в день на полмиллиона зараженных, это меньше 1 процента. Для сравнения: в России, если принять на веру официальные данные, смертность 2-3%, иногда больше, 3,5%.
— Вирус имеет системное действие, но с точки зрения конкретного человека не ясно, где именно произойдет тяжелое поражение. Чаще оно происходит в легких, но может поразить и сосуды, и сердце, и печень. Поэтом важно предотвратить тяжелое заболевание, то есть, использовать все средства защиты от заражения.
— Правда ли, что детям этот вирус совершенно не страшен?
По имеющейся статистике, дети болеют легче. Считается, что у них меньше рецепторов, с которыми вирус связывается, как ключ с замком. Исходно тяжелее всего болели пожилые. Но, хотя дети болеют тяжело крайне редко, они являются разносчиками болезни.
— Если я уеду в лес на два-три года, есть шанс, что я не заболею?
— Мы с женой спим нос к носу, много находимся вместе. У нее антитела 120+, а у меня 0. Такое возможно?
— Если такое произошло, это может означать все, что угодно Ваша жена могла переболеть бессимптомно, а вы не заразились. У жены могут быть антитела не к SarsCov2, а к родственным вирусам. Может, она даже вакцинировалась втайне от вас.
— Какова вероятность того, что вирус и его мутации рукотворны?
Также возможно, что вирус возник естественным путем эволюции, которая способна на все, что угодно.
— В чем, на ваш взгляд, секрет успеха Китая в борьбе с пандемией?
— Там очень много вакцинируются, но это явно не причина. Эпидемия пошла там на спад очень быстро. Хотя мы вообще точно не знаем, что там сейчас. Возможно, драконовские меры, которые нам и не снились, сработали.
Неприятно познакомиться: как появились вирусы и почему в России их меньше, чем в Китае
В любой энциклопедии написано: «вирус» в переводе с латинского языка означает « яд». С тех пор как в XIX веке исследователи впервые столкнулись с заражением одного организма другим, знания о вирусах множились. К настоящему времени ученые изучили порядка пяти тысяч видов вирусов, но сказать, что науке доподлинно известно и с чем она имеет дело, нельзя. В двадцать первом веке все еще остаются вопросы, на которые у ученых-вирусологов нет ответов. Ведь количество неизученных вирусов, которые «свободно парят» вокруг нас, находятся в воде, земле, в организмах животных, в стеблях растений, исчисляется миллионами!
— За всю историю исследований в основном изучались вирусы человека и сельскохозяйственных животных, — поясняет «Вечерке» вирусолог, директор Института медицинской паразитологии, тропических и трансмиссивных заболеваний им. Е. И. Марциновского Сеченовского университета Александр Лукашев. — А вирусы есть у каждого вида живых существ на Земле, в том числе у грибов, мхов, бактерий, простейших. И многие могут перейти к человеку.
Когда и при каких условиях тому или иному вирусу приспичит активизироваться — вопрос, не поддающийся прогнозам. Точнее, «паразиты» бомбардируют все живое постоянно. Вирусная атака — это процесс в природе непрекращающийся. Ведь вирус не бактерия и не микроорганизм. Это фрагмент генетической информации, упакованный в белковую оболочку. У него нет клетки, а значит, вне живого организма он как бы не живет, а находится в замершем состоянии. Поэтому если вы спросите у специалиста, живые вирусы или нет, он ответит уклончиво: как бы нет, но в общем-то да. Делиться самостоятельно вирус не может, и чужая клетка нужна ему, чтобы жить.
— Любая живая информация старается выжить в биосфере, — говорит вирусолог Александр Лукашев. — Главная эволюционная задача вируса — не уничтожить живую клетку, а, используя ее ресурсы, размножиться как можно в большем количестве своих копий. У вируса нет задачи быть «плохим». Наоборот, «хороший» вирус имеет преимущества. Например, вирус герпеса большинству людей практически не наносит вреда. Им заражены все, он распространен повсеместно, и свою функцию — максимально размножиться — он выполняет. А, скажем, вирус Эболы убивает примерно половину своих жертв, и в том числе и поэтому он не может размножиться в популяции человека. С точки зрения эволюции убивать своего носителя вирусу невыгодно. Клеткам живых организмов приходится держать глухую оборону практически постоянно. Но человек и не знает, что находится под обстрелом фрагментов генетической информации, потому что в подавляющем большинстве случаев клетки самостоятельно разбираются с захватчиком, не допуская заражения. Только с воздухом мы вдыхаем едва ли не ежесекундно десятки вирусов, и ничего.
— Вирусы редко переходят между видами нечасто, — говорит вирусолог Александр Лукашев. — Скажем, вирусы от растений к животным переходят, наверное, раз в один миллион лет. Бомбардировка новых видов происходит постоянно, но чаще всего безуспешно. Легче перейти к близкому виду. Например, от приматов к человеку вирусы переходят много раз в год. От млекопитающих — примерно раз в 10 лет. Ту же Эболу человек подхватывает от летучих лисиц. И вспомним свиной грипп и другие «болячки», перешедшие от животных. Случаи могут регистрироваться, например, и два года подряд, а потом 20 лет будет затишье, но я говорю о средней периодичности. Но на каждый успешный переход приходится, условно, миллион безуспешных.
— Скученность населения и, скажем так, очень близкий контакт между людьми и животными — в Китае совпали все условия. Из-за особенностей пищевых рынков и, возможно, более высокой восприимчивости населения «чужой» вирус «зацепился», а дальше из-за высокой плотности китайского населения смог распространиться, — рассуждает вирусолог Александр Лукашев. — У нас в стране совсем другие условия, хотя известно, что зараженные примерно такими же опасными вирусами летучие мыши обитают на юге России. Кроме того, мы летучих мышей и панголинов не едим, не разделываем и на рынках не продаем, а значит, и попыток перейти от животного к человеку их вирус может предпринимать значительно меньше. Гипотетически же к человеку может перейти огромное число вирусов — умножьте число всех видов млекопитающих на 1000 и примерно узнаете, сколько. Но если нет условий, выгодных для распространения заразы, бояться нечего.
Вместе с тем наука признала, что вирусы — это наследие древнего мира, существовавшего до появления первой живой клетки, четыре миллиарда лет назад. Более того, из вирусов или их остатков по большей части состоит геном человека. Это значит, что они были основой развития жизни на Земле. Доказано, что человек, как млекопитающее, обязан существованием именно им, поскольку благодаря вирусам у наших предков начала формироваться плацента. Как? Они привнесли в человеческий геном белок, отвечающий за ее функцию. Кроме того, вирусы сильно повысили эффективность эволюции. Они переносили генетическую информацию намного эффективнее, чем это делалось только в ходе естественного размножения. То есть удачные гены они передавали не потомству вида, а сразу в новый организм.
Вирусы мутируют. Ученые говорят, что у многих из них каждый новый геном имеет дополнительную мутацию. Изменяется вирус иногда в течение нескольких часов. Внутри одной клетки, внутри одного цикла размножения одинаковых вирусов нет! Чтобы иметь возможность приспособиться к новым условиям, вирус меняется, производя в популяции самые разные варианты. Мутация для вирусов — обязательная часть их жизненного цикла. Собственный геном вирусов в миллион раз меньше человеческого, и чтобы с нами конкурировать, они мутируют, создавая множество вариантов, которые могут «пригодиться» в разных условиях.