Вирусы на службе эволюции. Как пандемии меняли мир?

Как обезьяна стала человеком, почему наша кровь теплая и зачем мы занимаемся сексом?

Обычно, когда нужно назвать первую известную эпидемию, чаще всего вспоминают об Афинской чуме времен Пелопонесской войны. Однако Аджит Варки, ученый-генетик, специалист по сиаловой кислоте, обнаружил в нашем геноме следы доисторической пандемии. Изучая атеросклероз, болезнь, которой из всех приматов болеют только люди, Варки выяснил, что около двух миллионов лет назад ген предка Homo sapiens, контролирующий выработку сиаловой кислоты, отключил производство одной из ее разновидностей. Дело в том, что именно с сиаловыми кислотами связываются патогены, чтобы внедриться в клетки организма. Варки пришел к выводу, что в доисторические времена гоминид поразила пандемия малярии, пережить которую смог только один вид. Тот, что утратил ген, кодирующий необходимую для заражения сиаловую кислоту. 

Что же это за новый вид, который родился в результате пандемии? Примерно в то же время, когда была утрачена сиаловая кислота Neu5Gc, от обезьяноподобных австралопитеков отделился Homo erectus — первый прямоходящий предок Homo sapiens. Таким образом, если теория Аджита Варки верна, обезьяна стала человеком в результате пандемии. В наследство, помимо прямохождения, образного мышления и прочих прекрасных вещей, нам досталась предрасположенность к атеросклерозу, раку и другим болезням сердца.

Патогены — микроорганизмы, вызывающие различные инфекции, — окружают нас буквально со всех сторон, в том числе изнутри, и влияют на нас с самого начала времен. Микробиолог Артуро Касадевалл предполагает, что млекопитающие в процессе эволюции превзошли рептилий и развились до высшей разумной формы — человека, благодаря своей теплокровности. Мы, люди, да и другие млекопитающие, крайне редко, по сравнению с холоднокровными, болеем грибковыми инфекциями. Дело в том, что большинство грибковых патогенов, не выдерживают температуры тела человека. Однако современные ученые уже бьют тревогу. В лабораторных условиях получается вывести грибы, способные выжить при температуре 28°C. Учитывая климатические изменения и глобальное потепление, велика вероятность, что грибы научатся выживать и при более высоких температурах, получив тем самым возможность внедряться в организмы млекопитающих, в том числе человека.

Эволюционный биолог Уильям Хэмилтон, в 70-х годах прошлого века задавшийся вопросом, почему человечество размножается половым путем, а не намного более быстрым и эффективным клонированием, как многие другие живые организмы, смоделировал на компьютере условия первобытных времен и сравнил два способа воспроизведения потомства. Клонирующиеся особи намного быстрее и в большем количестве воспроизводили себе подобных, но стоило им подвергнуться влиянию патогенов, как они в скором времени вымирали. А при размножении половым путем потомство получало не идентичный предкам набор генов, а множество новых комбинаций, что позволяло приспособиться к угрозам.

Более того — приспособляемости к жизни в окружении патогенов мы обязаны не только сексом, но и… смертью. Природе известны бессмертные, ну или почти бессмертные виды. Например, лобстеры. Но если бы люди с их способностью к размножению и заселению новых территорий, в том числе с изменением ландшафта, не старели и не умирали, то очень быстро исчерпали бы доступные ресурсы и стали бы уязвимы для голода и пандемий. Таким образом, наша смертность — это защита от пандемий, уничтожающих целые виды. Этот механизм описывает адаптационная теория старения.

Холера, испанка и Гиппократ-убийца

Перенесемся из доисторических времен и лабораторий в недалекое прошлое и остановимся на рубеже XIX и XX веков. Какая болезнь оказала самое большое влияние на область научных знаний? Первое место в этом рейтинге по праву занимает холера — инфекционное заболевание, не побежденное по сей день. С древних времен и до конца XIX века источником фундаментальных знаний для медиков служил так называемый гиппократов корпус. Учение древнегреческого врача, дополненное во II веке нашей эры Галеном, составляло незыблемую парадигму для врачей и ученых. Благодаря ей теория миазмов так долго главенствовала в умах людей, делая их слепыми к очевидным для современного человека вещам.

Самые разные и при том эффективные эксперименты простых врачей не поколебали уверенность светил науки, что холеру, как и другие заразные болезни, вызывают ядовитые испарения. Они были убеждены, что при вдыхании болезнетворных миазмов в человеке нарушается баланс внутренних жидкостей вкупе с состоянием духа. Доказанная на практике Джоном Сноу, врачом из Лондона, взаимосвязь холеры и питьевой воды, была высмеяна. Предположение Уильяма Стивенса и Уильяма О`Шонесси, что подсоленная вода спасает от обезвоживания при холере, было разбито в пух и прах. Более того, когда в 1884 году основоположник микробиологии Робер Кох на конференции в Берлине представил свое сенсационное открытие — холерный вибрион, ученое сообщество отмахнулось от него, продолжая упорствовать в своей приверженности теории миазмов. Люди в буквальном смысле ели дерьмо, чтобы доказать свою правоту. Признанный современниками «величайшим специалистом по этиологии холеры» Макс Йозеф Петтенкофер на глазах изумленной публики выпил кишащий вибрионами кал больного холерой, утверждая, что бактерия Коха не имеет к холере никакого отношения. К счастью, и он, и его ассистент, проделавший то же самое, отделались всего лишь мучительной диареей. 

В это же время английский патолог Леонард Роджерс, работавший в Индии, доказал, что соленая жидкость снижает смертность от холеры на треть. И метод лечения, который до этого вызывал лишь насмешки, стал главным способом борьбы с эпидемией. А чем же лечили страдающих холерой в эпоху миазматической теории? Сейчас в это сложно поверить, но людей, умиравших от обезвоживания вследствие жестокой диареи, лечили слабительным и кровопусканием. Американская научная журналистка Соня Шах в книге «Пандемия. Всемирная история смертельных инфекций» констатирует: гиппократова медицина погубила больше людей, чем спасла.

Открытие возбудителя холеры ознаменовало переход от теории миазмов к микробиологической теории. Следующим кардинальным поворотом медицинского знания мы обязаны самому массовому убийце в истории человечества — испанке, или испанскому гриппу. Поиски его возбудителя открыли человечеству еще одного невидимого и, как казалось, неуловимого убийцу — вирусы.

Промышленная революция, карантин и холерные бунты

«Если задаться целью выделить какое-то одно историческое достижение, повлекшее за собой все многообразие человеческой деятельности, провоцирующей пандемии, то это освоение ископаемых видов топлива — угля, нефти и газа», — пишет Соня Шах. И действительно, чем быстрее способы передвижения человека по планете, чем больше люди расселяются по некогда девственным ландшафтам, тем стремительнее и смертоноснее становятся патогены. 

Тот же холерный вибрион, веками мирно сосуществовавший со своим природным носителем — отрядом веслоногих, не интересовался человечеством, пока люди не вторглись в мангровые леса Сурданбана. Люди сами разнесли вибрион по всей планете и заставили его приспособиться к новому носителю. Он научился вырабатывать токсин и стал смертоносным. Триумфальному шествию холеры по миру способствовали скученность и антисанитария больших городов. И борьба с ней потребовала кардинальных изменений в укладе жизни — Нью-Йорку, Лондону, Парижу и другим крупным городам пришлось не только модернизировать водоснабжение и канализацию, но и вложиться в системы общественного здравоохранения, а также наладить международные связи. А в очень скором времени — признать, что непоправимый ущерб, который люди наносят окружающей среде, дает козыри в руки все новым и новым патогенам.

Во времена холеры карантин и изоляция как метод сдерживания пандемии, как и в наши дни, вызывал не только одобрение и поддержку, но и яростное сопротивление. Холерные бунты XIX века следовали по пятам за самой пандемией, сводя на нет усилия по борьбе с ней. Как и нынешняя пандемия коронавируса, холерная сопровождалась замалчиваниями и подтасовкой цифр. В Париже в 1832 году, несмотря на запрет массовых собраний и закрытие рынков, а также карантин для заболевших, умерло более семи тысяч человек. Окончательное число жертв той вспышки нам неизвестно. Как пишет Франсуа Делапорт в книге «Болезнь и цивилизация», стараясь уменьшить панику, парижские власти наложили запрет на публикацию данных о смертности.

Заходят утка, свинья и летучая мышь в бар…

Большинство патогенов, способных вызывать эпидемии и пандемии, пришли к нам из мира животных. От обезьян нам достались ВИЧ и малярия, от коров — туберкулез, от свиней — коклюш, а от уток — грипп. Миллионы людей по всему миру ежегодно заражаются от домашних и диких животных и птиц. Но эти случаи мало отражаются на статистике заболеваемости и смертности: инфицированный либо выздоравливает, либо умирает.

Так действуют зоонозные инфекции. Чтобы организовать массовое заражение, патогену нужно преодолеть межвидовой барьер и научиться не только переходить от животного на человека, но и передаваться от одного человека другому. Для этого бактерии или вирусу нужно мутировать. В отличие от людей, передающих гены только вертикально — от предков потомку, бактерии и вирусы способны к горизонтальному переносу генов. Проще говоря, они способны обмениваться друг с другом необходимыми для выживания и размножения свойствами. Вот почему так опасен бесконтрольный прием антибиотиков — в его результате одна бактерия учится у другой устойчивости к лекарствам. Однако для мутации всегда необходим резервуар. И здесь мы, люди, опять же помогаем патогенам, вручая им оружие против нас самих.

Две самых благодатных почвы для мутации — это человеческие фекалии и рынки живого товара. А когда они соединяются, для патогенов наступает раздолье. Именно на китайских рынках дичи зародились атипичная пневмония и птичий грипп. Огромные рынки живого товара под открытым небом создают идеальные условия для мутации патогенов. Во-первых, здесь соседствуют дикие виды, которые в естественной среде обитания никогда не встретились бы. Во-вторых, тут же с ними соприкасаются домашний скот, а посреди всего этого снуют люди. И все они дышат, кашляют, чихают, мочатся и испражняются в одном месте.

Но даже этого было бы недостаточно, если бы человек своими действиями не помогал патогенам не только зародиться, но и распространиться. В 2002 году, когда на рынке дичи в Гуанчжоу зародился вирус атипичной пневмонии — коронавирус SARS (тяжелого острого респираторного синдрома, или ТОРС), местные власти сделали из этого государственную тайну, запретив распространять информацию про начало эпидемии. Мир узнал бы о ней намного позже, если бы один из местных жителей не упомянул о новой болезни в личной интернет-переписке.

В 2012 году правительство Кубы замалчивало вспышку холеры, преуменьшая ее масштабы. В том же году правительство Саудовской Аравии попыталось скрыть вспышку нового коронавируса, вызывавшего ближневосточный респираторный синдром, или MERS. Вирусолог, впервые обнаруживший новый патоген и сообщивший о нем миру через публикацию на Pro-MED, доктор Али Заки, потерял работу и был вынужден вернуться на Родину в Египет.

«Синоптики» пандемий

И все-таки человечество не безнадежно. Несмотря на бюрократические препоны и протесты против карантина, международное сообщество все-таки принимает меры и учится на ошибках прошлого. Так, после вспышки SARS китайские власти все же запретили рынки дичи и закрыли их. И хотя через несколько лет подпольные рынки меньших масштабов стали вновь появляться, потенциальные патогены становятся более подконтрольными. После вспышки птичьего гриппа, мутировавшего и получившего возможность заражать людей, всю нераспроданную за день на официальных рынках птицу в Гонконге уничтожают каждую ночь.

Ученые ведут наблюдение за так называемыми «горячими точками» планеты — местами, где вероятность возникновения новых опасных патогенов наиболее велика. Это рынки дичи, домашней птицы и скота, переполненные трущобы, скопление агропромышленных комплексов, местность, где человек агрессивно вторгается в дикую природу. Каждый месяц ученые из Гонконгского университета берут пробы фекалий на рынках дичи, бойнях, в зоомагазинах и заповедниках. Учрежденная в 2010 году в США программа новых пандемических угроз координирует эпидемиологическое наблюдение за бассейном Конго, областью Меконга, Амазонкой и Гангской равниной. Международное общество медицины путешествий учредило программу GeoSentinel, они собирают медицинские данные о туристах из кабинетов тропической медицины и болезней путешественников. Организации HealthMap и Ascel Bio мониторят соцсети, микроблоги и форумы. Первая заметила вспышку лихорадки Эболы за девять дней до объявления о ней ВОЗ, а вторая выявила вспышку холеры на Гаити за неделю до ее официального признания.

На основании множества данных эпидемиологи могут предсказывать пандемии, как метеорологи — циклоны, а геологи — землетрясения. Международные медицинские и гуманитарные организации могут быстро и эффективно мобилизовываться для борьбы с эпидемиями и потенциальными вспышками, как это показала пандемия коронавируса. Но при этом многим болезням, которые можно было бы победить, а порой и предотвратить, мы проигрываем. Причем даже тогда, когда хватило бы элементарных усилий. Виной тому часто становится паника. Так, во время вспышки Эболы в 2015 году авиалинии отменяли рейсы в Западную Африку, лишая гуманитарные организации способа добраться до очагов эпидемии. А костюмов биозащиты, необходимых на передовой, не хватало, потому что их кинулись скупать больницы, государственные учреждения и люди на другом конце земли.

На протяжении тысячелетий патогены, с которыми человечество смогло справиться, оставляли в нашем геноме свои следы. У 70 % населения Европы есть генетическая мутация, которая когда-то помогла выстоять против проказы, а сейчас приводит к болезни Крона. Генетическое заболевание целиакия — непереносимость клейковины, по мнению ряда ученых, является побочным эффектом формирования антибактериального иммунитета. А переболевшие в 1918 году испанским гриппом не заражались гриппом свиным, так как уже имели антитела против него. Что оставит в наследство нашим потомкам коронавирус? Возможно, мы скоро об этом узнаем.