Карл Циммер – Планета вирусов (страница 6)
Если это так, рассуждал цур Хаузен, то в опухолях шейки матки должна обнаружиться вирусная ДНК. Он собрал биоптаты и занялся расшифровкой их ДНК. Научные технологии в 1970-е гг. были примитивны, и на исследования ушло много лет. Наконец в 1983 г. в части образцов он обнаружил ДНК папилломавируса. Благодаря своей работе цур Хаузен стал одним из лауреатов Нобелевской премии по физиологии и медицине 2008 г.
Открытие цур Хаузена побудило несколько поколений ученых изучать папилломавирусы и их необычный способ овладевать нашими клетками. ВПЧ специализируется на поражении ткани в нашем организме, известной как эпителий. Эпителиальные клетки выстилают нашу кожу, глотку и мембраны во всем теле. Эти клетки уложены слоями, причем самые старые слои лежат сверху, а самые молодые снизу. По мере того как верхний слой эпителия отмирает и мертвые клетки отшелушиваются, нарастают новые и занимают место прежних.
Чтобы поселиться в нашем организме, ВПЧ проникает сквозь трещинки эпителия и пробирается вглубь, к самым нижним и молодым слоям. Заразив очередную клетку, он не убивает ее сразу, как риновирусы или вирусы гриппа. Вместо этого ВПЧ использует совершенно иную стратегию выживания: вирус сохраняет своему новому хозяину жизнь и даже помогает клетке размножаться быстрее.
Ускорить деление клетки – задача нешуточная, тем более для вируса, у которого всего восемь генов. Ему приходится провести ряд удивительно сложных химических реакций. Клетка «решает» делиться в ответ на сигналы как извне, так и изнутри, мобилизуя армию молекул для перестройки своего содержимого. Ее внутренний скелет из филаментов перестраивается, растаскивая содержимое клетки по двум полюсам. Одновременно с этим клетка синтезирует новую копию своей ДНК – в общей сложности свыше 3 млрд «букв», собранных в 46 отдельных связок, называемых хромосомами. Клетке необходимо разделить два набора хромосом и соорудить между ними стенку. Во время этих хлопот специальные белки надзирают за тем, как продвигается дело. Если эти белки чувствуют, что клетка растет слишком быстро – возможно, из-за дефектного гена, – они могут заставить ее совершить самоубийство. Таким образом они по многу раз на дню спасают нас от рака. Кроме того, скорость деления эпителиальных клеток меняется, когда они поднимаются на поверхность. Они делятся медленнее и перенаправляют ресурсы на синтез твердого белка – кератина. Затем они умирают и образуют защитный слой поверх более нежных клеток нижележащего эпителия.
ВПЧ основательно переделывает хозяйскую клетку. Вирус выводит из строя «тормоза», которые обычно удерживают скорость ее роста в положенных рамках. Отключая в клетке отслеживающие рак белки, он не дает им распознать, что что-то пошло не так. Вырастая, клетка не умирает, а продолжает размножаться – и появляется комочек пораженной вирусом ткани. Приближаясь к поверхности, все эти клетки вдруг начинают вырабатывать огромное количество новых папилломавирусов. Выйдя на поверхность, клетки вскрываются и выпускают ВПЧ наружу.
Эта стратегия оказалась необычайно успешной для ВПЧ. Большинство детей уже с первых дней после рождения становятся жилищем для вируса. Когда отмершая кожа слущивается, вирус разлетается с частицами пыли и попадает к новым хозяевам. Так же легко он распространяется половым путем – более 80 % сексуально активных людей хотя бы однажды заражается ВПЧ таким способом. Как правило, зараженные клетки добираются до поверхности и отмирают, прежде чем могут вызвать проблемы.
Наша собственная иммунная система тоже помогает обуздать вирус. Зараженные клетки подают сигнал тревоги, выталкивая на поверхность фрагменты вирусных белков. Оказавшиеся рядом иммунные клетки распознают этот сигнал и дают зараженной клетке команду совершить самоубийство – а вместе с ней гибнут и вирусы внутри. В результате подавляющее большинство людей вообще не страдает от заражения ВПЧ. Беда, случившаяся с Деде, демонстрирует, что происходит, когда иммунная система не в состоянии удержать ВПЧ под контролем. Редкое генетически обусловленное состояние – бородавчатая эпидермодисплазия – отключает сеть коммуникаций между клетками эпителия и надзирающими за ними иммунными клетками. Зараженные клетки размножаются гораздо быстрее, чем отмирают, создавая древоподобные наросты.
Куда более распространенное нарушение возникает, когда ВПЧ удается надолго закрепиться в эпителии. Тогда он не отшелушивается через несколько месяцев, а образует агрессивную массу инфицированных клеток, которая перерождается в опухоль. Хотя чаще всего ВПЧ вызывает рак шейки матки, это случается и с другими тканями – вирус способен также вызывать опухоли вагины, пениса и глотки.
Однако с большинством своих хозяев папилломавирусы поддерживают мирное сосуществование, причем вот уже более 400 млн лет. Ученые обнаружили сотни видов папилломавирусов, поражающих других животных – не только млекопитающих, но и птиц, рептилий, даже рыб. Генетические различия, накопившиеся в ветвях родословного древа папилломавируса, огромны. Все данные указывают на то, что наши водные предки уже были заражены этим вирусом. Пока они давали начало различным группам животных, папилломавирусы приспосабливались к меняющейся биологии своих хозяев.
У приматов – той ветви эволюционного древа, к которой принадлежим и мы, – можно проследить параллельные пути эволюции вируса и его хозяев. Примерно 40 млн лет назад предки обезьян, обитающих в Центральной и Южной Америке, отделились от предков мартышек и человекообразных Африки, Европы и Азии. Папилломавирусы ныне живущих приматов демонстрируют такое же размежевание. Например, наши папилломавирусы генетически ближе к вирусам павианов из Кении, чем к вирусам обезьян-ревунов Амазонии.
Около 7 млн лет назад эволюционная ветвь, идущая к людям, отделилась от шимпанзе и других человекообразных. Наши предки стали ходить на двух ногах, использовать орудия труда и распространились на обширной территории Африки. Примерно полмиллиона лет назад наша линия разделилась на две. Одна ветвь вышла из Африки и дала начало неандертальцам и еще одной сходной группе людей – денисовцам. Оставшиеся в Африке около 300 000 лет назад дали начало нашему виду. Лишь позднее, приблизительно 60 000 лет назад, предки неафриканских народов распространились из Африки в Азию, Австралию и Европу. Неандертальцы и денисовцы тысячи лет сосуществовали с современными людьми и окончательно вымерли только около 40 000 лет назад. Наша ДНК содержит летопись этого сосуществования. Небольшая доля нашего генетического материала совпадает с ДНК неандертальцев и денисовцев, обнаруженной в их ископаемых остатках.
Лучшее объяснение этого совпадения состоит в том, что современные люди скрещивались с неандертальцами и денисовцами до их вымирания. Это объяснение помогает разобраться и в некоторых странных закономерностях генетики наших папилломавирусов. Определенные штаммы вируса, распространенные в наше время за пределами Африки, редко встречаются среди африканцев. Однако у этих неафриканских вирусов есть специфические мутации, указывающие на их происхождение от древних линий, возникших задолго до расселения человечества из Африки. По-видимому, современные люди заразились ВПЧ, занимаясь сексом с неандертальцами и денисовцами, и с тех пор передают эти патогены из поколения в поколения вот уже десятки тысяч лет.
Однако остается загадкой главная особенность эволюции ВПЧ: как вирус приобрел способность вызывать у людей смертельные раковые заболевания. Рога, отрастающие у кроликов по вине папилломавирусов, смотрятся жутковато, но они доброкачественные. Вероятно, за пределами нашего вида, частота злокачественных перерождений, связанных с вирусом, существенно меньше. Кроме того, за большинство случаев рака у людей отвечают лишь немногие из известных штаммов ВПЧ. Почему они превращают клетки эпителия в раковые – на этот вопрос еще предстоит ответить.
Пусть даже пока нам многое неизвестно о ВПЧ, мы знаем уже достаточно, чтобы иметь возможность сделать нечто прежде немыслимое: искоренить один вид рака с помощью прививки. Когда речь идет о предотвращении рака, нам привычнее слышать советы не курить или избегать химических мутагенов. Но после того, как ученые обнаружили канцерогенный потенциал ВПЧ, они поняли, что его можно остановить. В 1990-е гг. началась разработка вакцины на основе белков из капсида ВПЧ. У вакцинированных иммунная система активно атакует ВПЧ до того, как он запускает перерождение зараженных клеток эпителия в раковые. Клинические испытания продемонстрировали, что вакцина обеспечивает практически полную защиту от двух наиболее распространенных канцерогенных штаммов вируса. В 2006 г. вакцины от ВПЧ были одобрены к применению.
Австралия быстро запустила первую государственную программу в 2007 г., и вскоре там было привито 70 % мальчиков и девочек 12–13 лет. За три года количество предраковых новообразований шейки матки у австралийских девушек до 18 лет сократилось на 38 %. В Шотландии исследование 2019 г. показало, что вакцинация сократила число тяжелых случаев опухолей на 89 %. В странах с последовательными государственными программами вакцины против ВПЧ продемонстрировали такую эффективность, что, вероятно, в ближайшие годы на территории этих стран заболевание будет полностью побеждено. Увы, есть много других стран – и в их числе богатейшая страна мира, США, – которые плетутся в хвосте. Тысячи женщин заболевают вирусным раком, который можно было предотвратить.