Так продолжаем изучать вирусы описанные в книге Планета вирусов.
Истории о рогатых кроликах ходили на протяжении столетий. В конечном итоге они приобрели форму мифа о рогатом кролике. Если, пребывая в Вайоминге, вы зайдете в магазин, торгующий открытками, то у вас есть все шансы обнаружить на одной из них рогатого кролика, скачущего через прерию. Он похож на кролика с парой оленьих рогов. Можно даже увидеть рогатого кролика во плоти, правда, только в виде головы, прибитой к стене над обеденным столом. Конечно, все это чепуха. Большая часть рогатых кроликов — не что иное, как уловки таксидермистов — головы кроликов с приклеенными рогами антилопы. Но, как и большинство мифов, сказание о рогатом кролике несет в себе зерно истины. Иногда действительно встречались кролики с наростами на голове, напоминающими рога.
В начале 30-х годов XX века Ричард Шоуп (Richard Shope), ученый Университета Рокфеллера, услышал о существовании рогатых кроликов. Он попросил друга поймать одного и отправить ему кусочки рогов, чтобы он мог установить, из чего они состоят. Коллега Шоупа Франсис Ру (Francis Rous), проводя опыты с цыплятами, сделал предположение, что определенные виды вирусов могут вызывать опухоли. Многие ученые того времени отнеслись к этому заявлению скептически, но Шоуп заинтересовался, могли ли «рога» быть опухолями, вызванными неизвестным вирусом. Чтобы это проверить, Шоуп измельчил рога, сделал из них раствор и процедил полученную жидкость через фарфоровую глину. Через поры в фарфоровой глине могли проникнуть только вирусы. Затем Шоуп втирал отфильтрованный раствор в головы здоровым кроликам. Они также обзавелись рогами.
Опыт Шоупа показал не только то, что рога кроликов содержали в себе вирусы. Он продемонстрировал, что вирусы создали рога из зараженных клеток. После этого открытия Шоуп передал свои образцы зараженных тканей Ру, который продолжал исследовать их на протяжении десятилетий. Ру впрыснул зараженную жидкость в тело кроликов и обнаружил, что это не привело к возникновению безвредных рогов. Вместо этого у кроликов развился рак, и они погибли. Благодаря своему исследованию, связавшему рак и вирус, Ру получил Нобелевскую премию по медицине в 1966 году.
Открытия, совершенные Шоупом и Ру, заставили ученых более пристально изучать опухоли других животных. У коров иногда возникают чудовищные наросты из видоизмененной кожной ткани размером с грейпфрут. У многих млекопитающих, от тигров и дельфинов до человека, появляются бородавки. В редких случаях бородавки могут сделать человека «рогатым кроликом». В 80-х годах XX века мальчик из Индонезии по имени Деде начал обрастать бородавками, которые со временем полностью покрыли кожу на руках и ногах. В итоге он не смог больше работать и оказался в составе шоу уродов под прозвищем «человек-дерево». Сообщения о Деде просочились в СМИ, и в 2007 году врачи удалили больше шести килограммов бородавок с тела Деде. С того момента им пришлось продолжать удалять хирургическим путем все вновь появляющиеся бородавки. Наросты на теле Деде, как и все остальные, возникающие на людях и других млекопитающих, как оказалось, вызваны одним вирусом — тем же самым, от которого у кроликов вырастали рога. Его назвали «вирус папилломы», от латинского papilla (почки или бутоны).
В 1970 году немецкий исследователь Гаральд фон Хаузен (Harald zur Hausen) выявил, что вирусы папилломы могут представлять гораздо более значительную угрозу здоровью человека, чем просто возникновение бородавок. Он задался вопросом, способны ли вирусы вызывать опухоли в шейке матки. Предыдущие исследования случаев заболевания раком шейки матки выявили, что его протекание было сходно с венерическими заболеваниями. У монахинь, например, рак шейки матки возникает гораздо реже, чем у обычных женщин. Некоторые ученые выдвигали предположения о том, что рак шейки матки вызывает вирус, передающийся половым путем. Хаузен решил выяснить, можно ли винить в этом вызывающие рак вирусы папилломы.
Хаузен доказывал, что если это правда, то гены ДНК вирусов можно обнаружить в раковых опухолях. Он собрал результаты биопсии и не торопясь изучал содержащуюся в них ДНК на протяжении нескольких лет. В 1983 году он обнаружил в образцах ДНК вирусов папилломы. Продолжая исследовать образцы, Хаузен обнаруживал все новые штаммы вируса папилломы. С момента публикации результатов исследования ученые обнаружили сотню разных штаммов вируса папилломы человека (сокращенно — ВПЧ). За свои заслуги Хаузен получил Нобелевскую премию по медицине и физиологии в 2008 году. Это исследование Хаузена вирусов папилломы оказалось под пристальным вниманием медиков во многом из-за огромного количества вызываемых раком шейки матки смертей. Опухоли, вызываемые ВПЧ, могут вырастать до таких размеров, что повреждают матку или кишечник. Возникающее вследствие этого кровотечение может привести к смерти. Рак шейки матки убивает примерно, 270 тысяч женщин ежегодно, уступая только раку груди и раку легких.
Все случаи летального исхода имели место у женщин, заразившихся ВПЧ. Заражение начинается, когда вирус внедряет ДНК в клетку-носитель. ВПЧ специализируется на заражении клеток эпителия, из которых состоит большая часть кожи и слизистых ободочек. Гены вирусов в итоге проникают в ядро клетки, в котором содержатся собственные гены клетки. Затем клетка считывает гены ВПЧ и начинает воспроизводить белки вирусов. Эти белки, в свою очередь, начинают видоизменять клетку. Многие другие вирусы, такие как риновирусы или вирусы гриппа, размножаются очень активно. Они стараются в короткий срок произвести как можно больше себе подобных, пока клетка-носитель не переполнится вирусами. В конце концов оболочка клетки разрывается, и клетка умирает. ВПЧ использует совсем другую стратегию. Вместо того чтобы убивать клетку-носителя, вирус заставляет ее делиться. Чем больше зараженных клеток — тем больше и вирусов.
Ускорение процесса деления клеток — большое достижение для вируса, имеющего всего восемь генов. Нормальный процесс деления клетки безумно сложен. Клетка «решает» начать процесс деления в ответ на внутренние и внешние сигналы, мобилизуя целую армию молекул для своей реорганизации. Ее внутренний, состоящий из нитей, скелет растягивает содержимое клетки к ее противоположным концам. В то же время клетка производит копию своей ДНК — 3,5 миллиарда «букв», организованных в 46 пучках, называемых хромосомами. Клетка затем перемещает эти хромосомы к одному из своих концов и выстраивает внутри себя перемычку. Во время всей этой суеты за процессом деления «наблюдают» молекулы-надзиратели. Если им кажется, что процесс деления клетки пошел неправильно, например, если у клетки имелся дефект, делающий ее раковой, то молекулы-надзиратели вынуждают клетку совершить самоубийство. ВПЧ может управлять всеми этими процессами, производя лишь несколько белков, вмешивающихся в важнейшие стадии цикла деления и ускоряя его без убийства клетки.
Многие клетки растут быстро сразу после появления, но потом их рост замедляется или даже останавливается. Клетки эпителия, которые инфицирует ВПЧ, продолжают расти в течение всей жизни. По мере деления они производят новый слой клеток, который вытесняет слой клеток, расположенный над ним. По мере того как клетки делятся и приближаются к поверхности, они становятся отличными от своих прародителей. Они начинают производить больше твердого белка под названием кератин (из него состоят наши ногти и лошадиные копыта). Наполненные кератином клетки верхнего слоя кожи лучше переносят воздействие Солнца, химикатов и температуры. Однако постепенно верхний слой клеток отмирает, и новый слой занимает его место.
Такая система означает, что ВПЧ приходится жить на конвейерной ленте. По мере того как зараженные ВПЧ клетки делятся, они перемещаются все ближе к поверхности и своей смерти. Вирусы чувствуют, что клетка-носитель приближается к поверхности, и изменяют тактику. Вместо ускорения процесса деления они заставляют клетку производить много новых вирусов. Когда клетка достигает поверхности, она выбрасывает множество вирусов ВПЧ, чтобы те искали новых носителей. В большинстве случаев заражения человека ВПЧ между вирусом и носителем устанавливается баланс. Быстрорастущие зараженные клетки не успевают нанести вред здоровью, потому что организм сбрасывает их. Вирус в то же самое время использует клетки эпителия как фабрики для новых вирусов, способных передаваться новому носителю при кожном контакте или сексе. Поддерживать баланс помогает и иммунная система, убирая некоторые зараженные клетки. (Древообразные наросты Деде были следствием генетического дефекта, который помешал его организму обуздать вирус.)
Этот баланс между вирусом и носителем существовал сотни миллионов лет. Чтобы реконструировать историю ВПЧ, ученые сравнили генетические последовательности различных штаммов и обратили внимание на то, каких животных они заражали. Выяснилось, что ВПЧ заражают не только млекопитающих, таких как люди, кролики и коровы, но и других позвоночных (птиц и рептилий). Каждый из штаммов обычно заражает только один вид или несколько родственных видов. Основываясь на их родстве, Марк Готтшлинг (Marc Gottschling) из Мюнхенского университета утверждал, что первые яйцекладущие наземные позвоночные, предки млекопитающих, уже были носителями ВПЧ 300 миллионов лет назад.
По мере того как от этого древнего млекопитающего посредством эволюции происходили новые виды, ВПЧ также видоизменялся. Согласно результатам исследований вирусы начали специализироваться на разных типах тканей своих носителей. Вирусы, вызывающие бородавки, например, адаптировались, чтобы заражать клетки кожи. Другие приспособились к слизистым оболочкам во рту или на других открытых поверхностях. В большинстве случаев эти вирусы мирно сосуществуют со своим носителем. Две трети здоровых лошадей несут в себе штаммы ВПЧ, названные BPV1 и BPV2. Эволюция сделала некоторые вирусы более подверженными формированию раковых клеток, чем другие, но исследователи не могут сказать, чем это обусловлено.
На протяжении тысяч поколений ВПЧ приспосабливались к определенным носителям, но время от времени они передавались новым биологическим видам. Множество человеческих ВПЧ имеют самое близкое родство с ВПЧ, заражающими виды, не имеющие такого родства с людьми, например лошадей, а не с ВПЧ наших близких родственников приматов. Для передачи вируса потребовалось всего лишь соприкосновение кожи.
Когда на территории Африки около 200 тысяч лет назад сформировался наш вид, древние предки предположительно уже являлись носителями нескольких штаммов ВПЧ. Представителей этих штаммов сейчас можно встретить по всему миру. По мере того как люди распространялись по планете, покинув территорию Африки 50 тысяч лет назад и освоив Новый Свет 15 тысяч лет назад, ВПЧ продолжали изменяться. Мы знаем это, так как генеалогия некоторых штаммов ВПЧ отражает генеалогию нашего вида. Вирусы ВПЧ, носителями которых являются современные африканцы, относятся к древнейшим формам ВПЧ, тогда как европейцы и азиаты несут в себе собственные штаммы.
Около 199 950 из последних 200 000 лет мы даже не подозревали о существовании ВПЧ. Не из-за того, что ВПЧ был редким вирусом. В 2008 году проведенное исследование показало, что из 1 797 мужчин и женщин 60% имели антитела против ВПЧ, что означает, что они были им заражены в какой-то из периодов своей жизни. Для подавляющего большинства людей подобный опыт был безвреден. Ежегодно из 30 миллионов американских женщин, зараженных ВПЧ, рак шейки матки развивается только у 13 тысяч.
У представительниц этого несчастливого меньшинства баланс между вирусом и носителем был нарушен. Каждый раз, когда зараженная клетка делится, есть маленький шанс, что при этом мутации подвергнется один ген, отвечающий за регулирование жизненного цикла клетки. Здоровой клетке такая мутация не нанесет большого вреда. Но клетка, которую ВПЧ вынуждает расти в ускоренном темпе, находится в опасности. То, что в другом случае вызвало бы неопасную мутацию, превращает инфицированную клетку в предопухолевую. Такая клетка размножается намного быстрее, чем раньше. Ее потомки растут так быстро, что скорости обновления кожи не хватает для того, чтобы избавляться от них. Они образуют опухоль, давящую на окружающие ткани.
Лучшим способом уменьшить шанс возникновения рака является избавление от вызывающих опасные мутации привычек: курения, контактов с вредными веществами и употребления пищи, содержащей канцерогены. Рак шейки матки можно предотвращать по-другому — с помощью вакцины. В 2006 году в США и Европе была одобрена к применению первая вакцина. Она содержит белки из оболочки ВПЧ, которые наша иммунная система учится распознавать. Если после этого человек заражается ВПЧ, его иммунная система имеет возможность нанести незамедлительный удар. Введение в использование вакцины вызвало множество споров. Разработчики предлагали прививать девочек в начале подросткового периода. Некоторые родители протестовали, утверждая, что это будет способствовать распространению добрачного секса. В 2008 году медицинские эксперты начали серию обсуждений в «Медицинском журнале» Новой Англии. Вирусу ВПЧ требуется много лет, чтобы дать начало зарождению рака, поэтому мы не знаем, оказалась ли вакцина эффективной.
Другой проблемой может стать тот факт, что вакцина нацелена только на два штамма ВПЧ. Такое решение кажется разумным с позиции соотношения ее стоимости и эффективности, так как два этих штамма вызывают до 70% всех случаев заболевания раком шейки матки. Но люди могут стать носителями еще сотни штаммов ВПЧ, которые непрерывно мутируют и обмениваются генами. Если вакцина истребит два доминирующих штамма, естественный отбор может создать благоприятные условия для других штаммов, которые займут их место. Никогда не стоит недооценивать вирус, превращающий кроликов в рогатых кроликов, а людей — в деревья.
Планета вирусов. Карл Циммер.