Вирусы в жизни человека — угроза или надежда?



В статье автор исследует влияние вирусов на жизнь человека на примерах вирусов-возбудителей болезней человека и вирусов-бактериофагов.

Ключевые слова: вирус, бактерия, бактериофаг, инфекция, антибиотик.

Современная наука классифицирует вирус как простейшую неклеточную форму жизни [1] — микроскопическую частицу, размеры которой лежат в диапазоне от 17 нм до 1 мкм, которая может размножаться, лишь заражая клетки других организмов. Вирусы внедряются в клетку-хозяина и используют её ресурсы для создания новых вирусов, по сути превращая её в «фабрику вирусов». Фактически вирусы представляют собой просто упакованную в белковую оболочку нуклеиновую кислоту (ДНК или РНК).

Абсолютным и основным критерием, отличающим вирусы от других форм жизни, является отсутствие у них собственных систем синтеза белка. Помимо этого, к уникальным свойствам вирусов относится их способ размножения — только дизъюнктивная (разобщенный в пространстве и времени синтез вирусных компонентов с последующей сборкой и формированием вирионов) репродукция без стадии бинарного деления, присутствующей у всех других клеток и организмов.

Учёные оценивают количество вирусов в любой момент времени примерно в 10 в 31 степени вирусов [2]. Если собрать эти вирусы вместе и выстроить из них цепочку, поставив их один за другим, такая цепочка из вирусов растянулась бы в космос на расстояние почти 200 световых лет от Земли [3].

Означает ли это, что каждый из этих 10 в 31 степени вирусов только и ждёт, чтобы заразить нас? На самом деле, большинство этих вирусов обитают в океанах, где они атакуют бактерии и другие микробы [4].

Чем вирусы отличаются от бактерий? Несмотря на то, что бактерии и вирусы приносят нам болезни, они сильно отличаются друг от друга на биологическом уровне. Бактерии — маленькие, одноклеточные, живые, самостоятельные организмы, процесс размножения которых не зависит от клетки-хозяина (однако есть и исключения — к примеру, риккетсии). Из-за этих различий бактериальные и вирусные инфекции лечатся совершенно по-разному. Например, антибиотики эффективны только против бактерий, но не против вирусов.

С момента открытия вирусы кажутся человеку чем то враждебным. Совсем недавно человечество столкнулось с очередным врагом в лице вируса SARS-CoV-2. Вспышка заболеваемости этим вирусом, относящимся к коронавирусам — семейству РНК-вирусов, впервые была зафиксирована в Ухане, Китай, в декабре 2019 года. В марте 2020 года Всемирная организация здравоохранения объявила пандемию COVID-19.

По состоянию на 23 декабря 2024 года, по данным ВОЗ, зарегистрировано свыше 777 миллионов случаев заражения, подтверждено свыше 7 миллионов летальных исходов [5]. Это позволяет говорить о пандемии как об одной из самых смертоносных в истории человечества. При этом, по данным ВОЗ, в период 2020–2021 годов избыточная смертность составила 14,9 миллиона случаев [6] при том, что средний показатель общемировой смертности оценивается в районе 55–60 миллионов случаев в год, то есть прирост летальных случаев за два года оценивается в диапазоне от 12,5 до 13,5 процентов. Однако, если посчитать летальность коронавируса относительно общего количества заболевших окажется, что она составляет в районе 1 процента. Это много, но согласитесь далеко от показателей вируса Эбола, летальность которого составляет до 90 процентов.

Выше было сказано, что лечение антибиотиками при вирусных инфекциях не помогает. Что же есть в запасе у человечества, что позволяет бороться со вспышками заболеваний, подобных COVID-19?

Какого-то универсального противовирусного лекарства до сих пор не создано. Есть попытки создания узкоспецифичных средств для лечения отдельных инфекций, например гепатита С — схема лечения с применением специальной противовирусной терапии позволяет добиться полного излечения, или вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) — антиретровирусная терапия позволяет остановить течение болезни, по сути переводя ВИЧ в разряд хронических заболеваний, слабо или совсем не влияющих на качество жизни. При грамотно подобранной схеме лечения и своевременной ее корректировке полного излечения от ВИЧ не происходит, однако в анализах вирус не обнаруживается, человек не заразен, за исключением передачи через кровь [7].

Основным средством сдерживания вирусных инфекций является вакцинация. Вакцинация — комплекс мероприятий, направленных на введение в организм антиген-специфичных компонентов (в составе вакцин и анатоксинов) с целью формирования активного защитного иммунитета против определённого инфекционного агента или вырабатываемых ими экзотоксинов, реже для лечения некоторых заболеваний [8]. Вакцинация является относительно простым, эффективным и наименее затратным способом защиты от инфекционных болезней до контакта с их возбудителем и задействует защитные функции самого организма для противостояния болезнетворному агенту, обучая иммунную систему.

Для предотвращения распространения высококонтагиозных вирусных инфекций важно понимать, что вакцинация должна быть массовой и обязательной. Именно эти два фактора привели к успешному искоренению заболеваемости натуральной оспой [9].

К сожалению, пандемия показала одну неприглядную вещь. В современном обществе до сих пор в существенном количестве имеются люди относящиеся к вакцинации не просто скептически, а резко негативно, несмотря на доказанную эффективность данного метода. Видя подобное отношение в 21 веке, тяжело представить, что эти люди обучались биологии в современных школах. Надо отметить, что первое движение антипрививочников возникло вскоре после создания английским врачом Эдвардом Дженнером первой вакцины против оспы. В 1885 г., через 62 года после смерти исследователя, около 100 тыс. демонстрантов прошли маршем, неся антивакцинаторские транспаранты, детские гробы и чучела Дженнера.

Итак, есть достаточно эффективное средство, позволяющее противостоять вирусным инфекциям. Но насколько вирусные инфекции реально опасны?

Возьмем за базу 2019 год. Всемирная организация здравоохранения утверждает, что на глобальном уровне в 2019 г. к неинфекционным заболеваниям относились семь из десяти основных причин смерти. Эти семь причин обусловили 44 % от общего количества смертей и 80 % от количества смертей, вызванных десятью основными причинами смертности. При этом на все неинфекционные заболевания вместе взятые пришлось 74 % от смертей, зарегистрированных в мире в 2019 г. Наиболее распространенной причиной смерти является ишемическая болезнь сердца, на которую приходится 16 % от общего числа смертей в мире. Наибольший рост смертности в период с 2000 г. пришелся именно на это заболевание: к 2019 г. смертность от него возросла более чем на 2 млн случаев и достигла 8,9 млн случаев. Инсульт и хроническая обструктивная болезнь легких являются второй и третьей ведущими причинами смертности, на них приходится приблизительно 11 % и 6 % от общего числа смертей соответственно [10]. Вдумайтесь, 74 процента летальных исходов вызваны причинами, далекими от инфекционных. Тем не менее четверть всех смертей в мире приходится на инфекционные заболевания, однако в структуре всего спектра смертности от инфекционных заболеваний вирусные инфекции занимают далеко не ведущую роль. Бактериальные инфекции занимают не меньшую долю в структуре инфекционных заболеваний. В этой связи особо стоит отметить, что в 2019 году ООН опубликовала поворотный по своей значимости отчет о масштабах и последствиях одной из глобальных проблем человечества — развития у опасных инфекций устойчивости (резистентности) к лекарствам, в том числе к антибиотикам. 700 тысяч человек ежегодно умирает из-за инфекций, вызванных микробами, которые стали невосприимчивыми к действию лекарственных препаратов. По прогнозам ученых, через 10 лет жертвами антибиотикорезистентности каждый год будут более 10 млн человек [11].

Возникновение резистентности к антибиотикам — естественный эволюционный процесс, направленный на обеспечение выживаемости бактерий в условиях враждебной внешней среды. Этому процессу способствует человеческий фактор — антибиотики применяются для лечения не по прямому назначению (к примеру, для лечения вирусных инфекций), длительным курсом с нарушением дозировки и прочее.

Более 50 % антибиотиков во многих странах используют ненадлежащим образом. Среди «виновных» как обычные люди, нарушающие все мыслимые инструкции, так и персонал больниц, вопреки санитарным правилам способствующий распространению инфекций между пациентами с открытыми ранами и с ослабленной иммунной системой [12]

Ведя эволюционную гонку с бактериями, разрабатывая все новые и новые антибиотики, человек все больше и больше отстает. Появляются штаммы бактерий, все менее и менее восприимчивые даже к антибиотикам «последнего шанса».

Какой же выход? Один из перспективных методов борьбы с антибиотикрезистентными бактериями — использование вирусов — бактериофагов или просто фагов.

Перевод с греческого языка слова «бактериофаг» означает «пожирающий бактерии». Как ясно из названия бактериофаги представляют собой вирусы, поражающие бактерии. В животном мире «истребление» бактерий необходимо для того, чтобы разложение органики происходило более быстро, до образования воды и углекислого газа. Таким образом, роль бактериофагов довольно глобальна — они участвуют в круговороте энергии и веществ на Земле.

В настоящее время изучено более 500 типов бактериофагов, отличающихся друг от друга строением, формой и видами поражаемых бактерий. Различают фаги литические и умеренные. Умеренные убивают бактерию не сразу: сначала они встраиваются в ее генетический материал, размножаются вместе с бактериальной клеткой и, в итоге, погибает сама бактериальная клетка и ее потомство. Литические начинают уничтожать бактерию сразу после заражения.

В теории, у каждого вида бактерий есть определенный бактериофаг, который их разрушает. Однако, на сегодняшний день, науке известны бактериофаги далеко не всех бактерий.

Несмотря на разнообразие бактериофагов механизм их действия идентичен, как собственно, он идентичен с любым другим вирусом. Фаг сперва сцепляется со стенкой бактерии — носителя, внедряет свой генетический материал внутрь клетки, запуская механизм репликации с помощью внутренних структур клетки — хозяина. Накопившись внутри бактерии, копии вируса прорывают оболочку клетки и выбрасываются во внешнюю среду. Сама бактериальная клетка, служившая некоторое время инкубатором для вируса, погибает.

Все эти процессы происходят с конкретной бактериальной клеткой, никакие другие клетки, в том числе, клетки организма человека, бактериофагу не интересны. При отсутствии нужной бактерии — вирус безобиден. Поэтому лечение бактериофагами абсолютно безопасно для человеческого организма. Этим обусловлены основные отличия терапии с помощью фагов от антибиотиковой терапии:

— бактериофаги абсолютно никак не влияют на человеческий организм, так как не обладают способностью проникать в его клетки. Препараты бактериофагов не имеют токсичности и побочных эффектов;

— привыкание бактерий к фагам невозможно;

— нетоксичное и целенаправленное действие бактериофагов позволяет использовать их в терапии бактериальных инфекций детей и беременных женщин.

Среди явных плюсов бактериофагов в виде целенаправленного (специфичного) действия, отсутствия влияния на нормальную микрофлору кишечника, отсутствия токсичности и побочных эффектов, полной элиминации из организма после выполнения своей задачи, — есть и ряд недостатков.

Бактериофаги не обладают системным действием. Антибиотик с током крови распространится по организму и окажет действие в очаге воспаления глубоко в тканях, а бактериофаг должен непосредственно контактировать с местом размножения бактерии. Если принять бактериофаг внутрь, то он подействует в просвете желудка, а не распространится по организму.

К минусам таких препаратов также можно отнести избирательность: если не знать возбудителя, то практически невозможно назначить бактериофаг.

Несмотря на наличие ряда недостатков применение фагов для лечения инфекционных бактериальных заболеваний, особенно вызванных резистентными к антибиотикам бактериями, представляется перспективным.

В статье я постарался показать, что вирусы находятся в динамичном равновесии с остальными формами жизни нашей прекрасной планеты. Они могут выступать как в роли убийц, так и в роли спасителей.

В рамках небольшой статьи невозможно оценить все многообразие вирусов и всесторонне раскрыть их влияние на развитие жизни на Земле. За рамками статьи осталось применение вирусов в животноводстве и растениеводстве, их роль в обмене генетическим материалом между разными видами и многое другое.

Литература:

1. Вирусология. Методические материалы: Учеб.-методическое пособие для студ. биол. фак. / Авторы-сост. е.В. Глинская, Е. С. Тучина, С. В. Петров. — Саратов: Саратовский государственный университет, 2013. — 84 c.: ил. — ISBN 978–5–292–03935–8 — Текст: непосредственный.

2. Weitz J. S., Wilhelm S. W. An ocean of viruses. / J. S. Weitz, S. W. Wilhelm — Текст: электронный // The Scientist. — 2013. — URL: http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/36120/title/An-Ocean-of-Viruses/.
3. An infinity of viruses. In The loom: A blog by Carl Zimmer. / Carl Zimmer — Текст: электронный // National Geographic — 2013. — 20 февраля — URL: http://phenomena.nationalgeographic.com/2013/02/20/an-infinity-of-viruses/.
4. Curtis, A. S. Marine viruses — major players in the global ecosystem. / A. S. Curtis. — Текст: электронный // Nature Reviews Microbiology — 2007 — Октябрь; 5(10):801–12. — doi: 10.1038/nrmicro1750. — URL: https://www.nature.com/articles/nrmicro1750#citeas.
5. Who COVID-19 dashboard. // дата-центр Всемирной Организации Здравоохранения. — — Обновляется 1 раз в месяц. — URL: https://data.who.int/dashboards/covid19/cases. — Текст: электронный.
6. 14.9 million excess deaths associated with the COVID-19 pandemic in 2020 and 2021 // Всемирная Организация Здравоохранения: официальный сайт. — 2022. — 5 мая. — URL: https://www.who.int/news/item/05–05–2022–14.9-million-excess-deaths-were-associated-with-the-covid-19-pandemic-in-2020-and-2021. — Текст: электронный.
7. Неопределяемый = не передающий. // СПб ГБУЗ «Центр по профилактике и борьбе со СПИД и инфекционными заболеваниями»: официальный сайт. — URL: https://www.hiv-spb.ru/news/neopredelyaemyij-ne-peredayushhij.html. — Текст: электронный.
8. Большая медицинская энциклопедия. В 30 томах. / И. С. Безденежных, К. Г. Гапочко, О. П. Мисников [и др.]. — 3-е изд. — Москва: Советская энциклопедия, 1976. — 584 c. — Текст: непосредственный.
9. Rajaie, Batniji Historical evidence to inform COVID-19 vaccine mandates / Batniji Rajaie. — Текст: электронный // The Lancet, Volume 397, Issue 10276, 791. — doi: 10.1016/S0140–6736(21)00267–1. — URL: https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140–6736(21)00267–1/fulltext..
10. 10 ведущих причин смерти в мире // Всемирная Организация Здравоохранения: официальный сайт. — 2020. — 9 декабря. — URL: https://www.who.int/ru/news-room/fact-sheets/detail/the-top-10-causes-of-death. — Текст: электронный.
11. Устойчивость микробов к антибиотикам — глобальная проблема человечества. // ФГБУ «ВГНКИ»: официальный сайт. — URL: https://www.vgnki.ru/ustojchivost-mikrobov-k-antibiotikam-globalnaya-problema-chelovechestva2.html. — Текст: электронный
12. ВОЗ предложила методику решения проблемы антибиотикорезистентности.// Медвестник: сайт. — 2019. — 26 июня. — URL: https://medvestnik.ru/content/news/VOZ-predlojila-metodiku-dlya-resheniya-problemy-antibiotikorezistentnosti.html. — Текст: электронный.