Когда-то названия болезней вроде "птичий грипп" вызывали улыбку. Сегодня все иначе. Генетический предок коронавируса SARS-CoV-2 появился в организме летучих мышей. Его потомки, в свою очередь, преодолевают барьеры между видами с невероятной легкостью: уже известны случаи, когда человек заражался COVID-19 от домашних животных.
По иронии судьбы следующая инфекция, вызвавшая беспокойство Всемирной организации здравоохранения, — тоже животного происхождения. Оспу обезьян обнаружили уже у 5 тыс. человек по всему миру. Причем обезьяны сами заразились ей в Африке от других животных.
Согласно отчету ООН от 2020 года, около 75% недавно появившихся инфекционных болезней достались нам от животных. И каждый год их число растет. А вместе с этим повышается и риск новой эпидемии.
Мутанты по профессии
При слове "мутант" одни представляют себе человека-паука, другие — зеленых светящихся монстров, третьи — гибриды людей и животных, вроде черепашек-ниндзя. Все эти образы знакомы нам из поп-культуры. Однако в реальности мутанты чаще всего выглядят иначе — вовсе не так захватывающе. Обычно мы их даже не видим. Это вирусы и бактерии.
Способности к быстрому размножению и изменчивости — два главных преимущества микробов. Например, геном вируса довольно прост. Он содержит инструкции, которые позволяют ему проникнуть в клетку и использовать ее как копировальный аппарат. С помощью ресурсов клетки вирус размножается и приступает к новым циклам заражения.
Однако любое самокопирование чревато ошибками. Подобно тому, как переписчики книг в древности могли допустить описку, геном вирусной копии тоже будет отличаться от оригинала. Мутации могут быть самыми разными — даже неблагоприятными для самого вируса. Но так как одна частица может производить миллионы потомков, небольшой процент "брака" допустим.
Зато если вирусу повезет, мутация может дать ему новые возможности. Например, улучшенную способность проникать в клетки. Или защиту от обнаружения клетками иммунной системы. Один из самых удачливых примеров — ВИЧ. Если он попадает в организм, то встраивается в геном иммунных клеток и лишает организм способности сопротивляться. Из-за этого он пока неуловим для вакцин.
Но приспособиться к другому виду — для вируса это, можно сказать, задача со звездочкой. И здесь чаще всего дело не обойдется одним контактом. Тот же ВИЧ, как сегодня установлено, появился у обезьян и десятки раз проводил "разведку", прежде чем мутировать в стабильную человеческую форму (и даже не одну). Чем больше контактов между видами — тем больше шансов, что такая форма появится.
Глобализация дает побочные эффекты
Один из частых сюжетов в фантастике: люди в ходе своей деятельности случайно будят древнее зло — а потом отчаянно пытаются спастись от него. В каком-то смысле это то, что происходит с зоонозными инфекциями. Появление того же ВИЧ — отличный пример того, как развитие цивилизации может создавать новые вызовы.
В 2014 году ученые из Оксфордского университета представили модель, по которой ВИЧ мог изначально распространиться у людей. Для этого они изучили огромный массив вирусных геномов, полученный от 800 зараженных людей из Центральной Африки. Отмечая различия в разных группах, они смогли установить приблизительное время появления общего предка человеческого вируса.
Оказалось, что он не старше 100 лет. Вероятно, его активное распространение началось в 1920-х годах. Более того, ученые смогли выяснить место, где началась пандемия: город Киншаса, столица Демократической Республики Конго. А дальше на помощь пришла история — и все встало на свои места.
В 1920-х годах современная ДРК была бельгийской колонией. А Киншаса (в те времена она называлась Леопольдвилль) как раз недавно стала столицей. В город в поисках заработка стали стекаться молодые работоспособные мужчины, при этом там шла оживленная торговля, было много рынков. Ученые предположили, что заражения происходили через употребление мяса, а передача — через сексуальные контакты.
Но ВИЧ не остался чисто африканским феноменом. Распространению помогла и развитая железнодорожная сеть, которой каждый день пользовались сотни тысяч людей. Благодаря оживленным транспортным потокам вирус сумел распространиться за полторы тысячи километров от Киншасы. А дальше произошло еще одно прогрессивное событие: колония получила независимость.
Республика стала привлекательным местом работы для франкоговорящих людей со всего мира, включая Гаити. Молодые гаитянцы уезжали на заработки, а затем привозили с собой вирус в западную часть Атлантики.
Ко второй половине XX века ВИЧ добрался до США — как раз ко времени, когда страну захватила сексуальная революция. В мегаполисах, таких как Нью-Йорк и Сан-Франциско, уже "обтесанный" бесконечными мутациями вариант вируса обнаружил благотворную почву. Что было дальше — мы знаем. Жертвами африканской заразы стали миллионы людей, в том числе музыканты Фредди Меркьюри и Майлз Дэвис, танцор Рудольф Нуриев, писатель Айзек Азимов.
Перемен требуют наши микробы
Чтобы вирус мог продолжать поддерживать себя, ему нужно достичь определенной точки равновесия. Например, он не должен быть слишком опасным — иначе через какое-то время некого будет заражать. С другой стороны, он должен получать новые функции — иначе иммунитет хозяев адаптируется к нему настолько, что поборет его.
Лучшие условия для патогена — когда носителей много, а расстояния между ними невелики. На таком "поле экспериментов" и рождаются самые приспособленные образцы. На протяжении большей части своей истории люди жили небольшими сельскими общинами, используя менее 5% пригодных для жилья земель в мире для сельского хозяйства. Потребовались сотни тысяч лет, чтобы человечество выросло до 1 млрд человек, и этот рубеж был достигнут около 1800 года.
В период с 1950 по 2018 год городское население увеличилось с 751 млн до 4,2 млрд человек. В начале XXI века случился важный — хоть и незаметный — перелом: больше людей теперь живут в городах, а не в сельских общинах. Одновременно число подлинно диких, изолированных территорий сократилось до минимума. Животные стали мигрировать чаще — и все чаще сталкиваться с людьми в городах.
"Вызванное деятельностью человека давление на экологию приводит к тому, что патогены животных все чаще контактируют с людьми, — пишет Дэвид Куаммен в книге "Зараза. Как инфекции, передающиеся от животных, могут привести к смертельной глобальной эпидемии". — В то время как человеческие технологии и поведение распространяют эти патогены все шире и быстрее".
Вырубка лесов, добыча полезных ископаемых, интенсивное сельское хозяйство и разрастание городов разрушают естественную среду обитания диких животных. Кроме того, люди стали есть больше мяса и чаще путешествовать. А современный транспорт может разнести опасные микробы по всему миру за считаные часы. Все это вместе делает вспышки новых болезней еще более вероятными.
Неудивительно, что в последние годы источником вспышек зоонозных болезней стали развивающиеся страны. С одной стороны, там активнее всего меняется ландшафт. С другой — системы надзора и здравоохранения там не достигли такого уровня, как в странах Европы и Северной Америки.
Сдержки и противовесы, заложенные природой
Все мы слышали про "эффект бабочки" — когда ничтожное событие (скажем, смерть одной бабочки) приводит к каскаду непредсказуемых последствий. Падение одной карты может вызвать обрушение всего карточного домика — точно так же и изменение привычного маршрута движения некоторых видов может запустить отсчет новой эпидемии.
Например, в 1997–1998 годах рукотворные пожары в Юго-Восточной Азии уничтожили часть диких фруктовых деревьев, с которых любили кормиться местные летучие мыши. Постепенно в поисках пищи они стали совершать налеты на фруктовые сады, где фермеры выращивали манго и дуриан. Летучие мыши паслись среди деревьев, а недоеденные кусочки фруктов падали на землю, где их подбирали свиньи. Так один вид подкармливал другой не только фруктами, но и вирусами.
Фермеры, находившиеся в тесном контакте с зараженными свиньями, впоследствии заразились вирусом сами. Результатом стала эпидемия вируса Нипах, вызывающего тяжелое воспаление мозга и легких. Летальность вируса составляла до 90%, а лечения или вакцины от него до сих пор не создано. Впрочем, чтобы вирус передался человеку, нужен очень длительный и тесный контакт с выделениями животных. Пока опасность его распространения низкая.
Летучие мыши — очень удобный транспорт для вирусов. Во-первых, они могут мигрировать на большие расстояния. Во-вторых, обладают уникальной устойчивостью к инфекциям. Их иммунная система позволяет вирусам размножаться, не причиняя большого вреда собственному организму. Бешенство, вирус Эбола, марбургская лихорадка, атипичная пневмония, MERS, Нипах и вот теперь SARS-CoV-2 — летучие мыши подарили нам массу неприятных соседей.
Впрочем, винить рукокрылов не стоит. Мы сами расчистили им дорогу, сделав безобидных зверей (большинство даже не питаются кровью) сеятелями смерти. Экологи Фелиция Кисинг и Ричард Остфельд обнаружили, что в экосистемах, где явно доминирует один или несколько приспособленных видов, инфекции распространяются быстрее. И наоборот, высокое биоразнообразие снижает риск распространения.
Дело в том, что для роста вирусной "армии" нужно достаточное количество компетентных хозяев. Это животные, в организме которых такой вирус чувствует себя лучше всего. Если вокруг их недостаточно, вирусу просто не хватает "угодий" для того, чтобы как следует пастись и размножаться. А это значит, что шансов образовать удачную мутацию будет меньше.
В природе у каждого вида есть своя ниша. За ее пределами конкуренция за ресурсы возрастает, и добывать их может быть небезопасно. Соседи и соперники не дают друг другу слишком окрепнуть, а патогенам — размножиться. Эпидемиологи называют это эффектом разбавления.
Тропики как главный инкубатор
Сегодня снижение биоразнообразия — глобальный тренд. Согласно докладу Межправительственной группы экспертов по биоразнообразию и экосистемным услугам (IPBES), в ближайшие десятилетия Земля может лишиться десятой части известных науке видов животных и растений. Причины — в деятельности людей, которые нарушают естественный баланс природных систем.
В свою очередь снижение биоразнообразия создает угрозу появления новых патогенов, передающихся от животных к человеку. В апреле 2022 года группа ученых опубликовала в журнале Nature выводы моделирования, основанные на данных изучения более 3 тыс. видов. Они пришли к выводу, что в течение следующих 50 лет произойдет не менее 4 тыс. межвидовых перескоков вирусов.
Конечно, не все из них станут причиной пандемии, как это было с коронавирусом SARS-CoV-2, подчеркивают авторы. Но рост числа межвидовых вирусов увеличивает шансы таких событий. И это напрямую связано с глобальным потеплением: повышение мировой температуры на 2 градуса связано с более интенсивными изменениями среды и более частыми миграциями животных.
Выше всего риски возникновения зоонозов — в тропическом поясе, в жарких районах Европы, Северной Америки и Азии. Они могут быть связаны с увеличением численности небольших видов млекопитающих (грызуны и уже знакомые рукокрылые), которые более эффективно передают патогены. Они же часто и лучше приспосабливаются к переменам.
Однако есть и другие возможные источники, в том числе в России. Например, в вечной мерзлоте, которая занимает примерно 60% территории нашей страны. В ней могут таиться животные вирусы, с которыми мы прежде не сталкивались. Главный вопрос, все ли вирусы могут стать активными после тысяч или даже миллионов лет заморозки. И окажутся ли они достаточно гибкими, чтобы приспособиться к геному человека.
Пандемия не гарантирована
Появление человеческой модификации животного вируса еще не означает, что он вызовет новую пандемию. На самом деле вероятность, что это произойдет, довольно низкая. Для этого должны сойтись вместе множество благоприятных (для вируса) факторов: изменчивость, трансмиссивность, патогенность, характер эволюции.
SARS-CoV-2 вытянул счастливый билет. Его геном представлен молекулой РНК. Изменчивость таких вирусов очень высокая — за счет большого числа ошибок и отсутствия эффективных систем репарации (починки генома). Кроме того, РНК-вирусы обладают способностью к реассортации — перемешиванию сегментов генома разных вирусов. Если в геноме встречаются сегменты от хозяев из разных видов, такое сочетание может оказаться удачным для "прыжка".
При этом новый коронавирус одновременно обладал высокой трансмиссивностью (за счет того, что мог переноситься по воздуху) и относительно низкой летальностью. Скажем, его родственник MERS убивал зараженных в 40% случаев, а вирус Эбола — в 50%. У SARS-CoV-2 этот показатель был около 10%. Другими словами, вирус был достаточно опасным, чтобы вызвать серьезную болезнь (за время которой он может наделать новых копий и распространить их), но недостаточно опасным, чтобы помешать собственному продвижению.
В отличие от него оспа обезьян, которая вызвала недавнюю вспышку, внушает специалистам больше оптимизма. Во-первых, это ДНК-вирус. Его геном более стабилен — а значит, для приспособления к человеческому организму ему нужно больше времени. Во-вторых, для заражения нужен тесный контакт с биологическими жидкостями. Наконец, он известен уже много десятилетий, наготове работающие вакцины.
Впрочем, пока число заражений растет, пусть и не так быстро, как в случае с коронавирусом. Расслабляться рано.
Ответственны все
Самые разрушительные пандемии прошлого происходили не только из-за опасности самих патогенов. У людей просто не было достаточно знаний, чтобы противостоять им. Например, микробная теория инфекций была подтверждена и признана лишь в XIX веке. Массовое внедрение вакцин — это уже XX век. Но с тех пор страх перед чумой, оспой, холерой ушел в прошлое.
Как показывают истории с пандемией коронавируса и эпидемией ВИЧ, инфекции все же могут собирать свою жатву даже в развитом обществе. И стать огромной проблемой для цивилизации. Ставки изменились: ценность человеческой жизни выше, поэтому врачи стараются бороться за каждого больного. Пандемия — это уже не только экзистенциальная опасность для человечества, но и нагрузка на здравоохранение, на экономику.
Сейчас ученые все чаще говорят о том, что к защите от эпидемий нужно подходить системно. Инфекции не возникают из ниоткуда — мы сами ответственны за создание для них "режима благоприятствования". События-триггеры могут быть локальными, но их последствия накрывают всех. К примеру, расширение сети дорог и сельскохозяйственных угодий ведет к уничтожению "буферных зон", способных ограничить распространение инфекций. А рост числа "мокрых рынков" (где торгуют мясом диких животных) в странах Африки и Азии увеличивает риск заражения.
В вопросе зоонозов сталкивается множество противоречий современности — между развитием технологий и сбережением природы, потреблением и воспроизводством, политикой невмешательства и международным контролем. Но научные данные говорят вполне однозначно: пускать ситуацию на самотек уже нельзя.
Антон Солдатов