Как работают вирусы и почему с ними сложно бороться

Вирусы кажутся очень простыми сущностями ― не живые и при этом не мертвые. Эта простота коварна: они способны поставить на уши целую цивилизацию и доказывают это по несколько раз за столетие. Что стоит за хитростью вирусов и почему с ними трудно сражаться и иммунитету, и фарминдустрии? Об этом мы поговорили во второй части нашего большого интервью с кандидатом биологических наук, заведующей лабораторией химиотерапии вирусных инфекций НИИ гриппа имени А. А. Смородинцева Анной Штро.

Что такое вирусы и почему они такие хитрые

Правильно ли я понимаю, что в принципе разрабатывать противовирусные препараты в каком-то смысле намного сложнее, чем другие противомикробные препараты, например антибиотики?

Это очень комплексный вопрос, давайте я сначала расскажу про сложности разработки противовирусных препаратов. Сложность связана непосредственно с самими вирусами. Вирус — это облигатный внутриклеточный паразит, и являются вирусы как класс живыми существами или нет, вопрос философский. Если открыть учебник биологии за не помню какой класс, где перечислены свойства живых систем, то примерно половина из них к вирусам неприменима. Вирус в единственном экземпляре и без хозяина не подает никаких признаков жизни. У него нет ни метаболизма, ни обмена веществ, ни какого-то движения: это по факту кристаллик некой белковой структуры, намотанный на молекулу нуклеиновой кислоты. Никакого движения, кроме броуновского, там нет.

В тот момент, когда вирус проявляет хоть какие-то признаки жизни, он не является частицей, он представляет собой, грубо говоря, процесс. То есть в момент вирусной инфекции в одном углу клетки происходит интенсивная репликация нуклеиновой кислоты, в другом углу клетки происходит синтез белков, в третьем углу происходит сборка цельных вирусных частиц из всего этого, и эти места сборки даже называются «вирусные фабрики». Слово «фабрика» не случайно, потому что вирусы не растут, как живые организмы: был маленький, стал побольше, — они именно собираются из частей.

Биороботы!

В некотором смысле можно и так сказать. Поэтому любые противовирусные средства, в отличие от средств, направленных на лечение бактерий, каких-то грибов, направлены не на какие-то конкретные единицы, а на остановку процесса. И при этом нужно иметь в виду, что процесс, которым является вирус во время размножения в клетке, затрагивает непосредственно самые чувствительные и самые важные фрагменты этой клетки.

Репликация нуклеиновых кислот, что РНК, что ДНК, переключает на себя весь аппарат клетки, который предназначен для совершенно других целей. Выключить его и при этом не навредить основным функциям данного клеточного аппарата — это очень ювелирная задача. То есть если с бактериями можно справиться, убив их в тот момент, когда они находятся вне клетки, — для большинства бактерий это возможно, за редкими исключениями, — то вирусные инфекции характеризуются тем, что они протекают очень глубоко внутри. Больше того, некоторые вирусы, заразы такие, способны вырезать фрагменты своего генома и аккуратненько вставлять их в геном хозяина, после чего выкурить их оттуда становится невозможно абсолютно. Этим славится как гепатит B, который намертво поселяется в клетках печени, так и ретровирусы.

ВИЧ в том числе, как я понимаю.

Да. Вот в этом основная сложность. Именно поэтому у многих противовирусных средств есть побочные эффекты, связанные с нарушением именно тех процессов, на которые они воздействуют.

Например, самая большая группа противовирусных препаратов с точки зрения механизма их действия — это так называемые нуклеозидные аналоги. Это препараты, которые имитируют нуклеотиды, встраиваются в новосинтезированную молекулу либо РНК, либо ДНК, в зависимости от того, какой у нас вирус, а прикрепить к ним следующий нуклеотид уже невозможно. Они останавливают процесс синтеза нуклеиновой кислоты, и на этом все заканчивается. Но совершенно очевидно, что примерно таким же способом они могут останавливать и те процессы, которые протекают в клетке естественно. В частности, для очень многих препаратов этой группы показана тератогенность, то есть способность нарушать нормальное развитие плода во время беременности.

А если привести пример, какие препараты относятся к таким?

Тут я сразу хочу сказать, что я называю действующие вещества, поскольку не могу заниматься рекламой. Сюда относятся фавипиравир, который я упоминала, разные противогерпетические средства, производные ацикловира, рибавирин и так далее. Для большинства этих препаратов беременность является абсолютным противопоказанием именно вследствие таких побочных эффектов. Многие из них токсичны и оказывают влияние на печень или почки.

Есть, кстати, некоторое сходство препаратов для лечения онкологических заболеваний и противовирусных средств: и в первом, и во втором случае нужно вводить их очень глубоко внутрь. И очень велика вероятность, что, убивая врага, ты подобьешь еще и друзей. С антибиотиками в этом смысле проще. Самый гениальный, на мой взгляд, из антибиотиков — это пенициллин, потому что механизм его действия в том, что он разрушает клеточную стенку. У уважающей себя клетки человека стенок нет и разрушать там нечего, то есть прямое действие данного препарата навредить макроорганизму не может при всем желании. Вот это изящно, это красиво. Но, к сожалению, с противовирусными средствами не всегда так получается.

Да, там с оболочкой же надо разобраться. В некоторых вирусах ее и нет, как я понимаю.

Да, вирусы бывают оболочечные и безоболочечные. При этом если вирус оболочечный, то оболочка у них берется не сама по себе: они ее воруют у предыдущего хозяина. Поэтому, если речь идет о вирусах человека, естественно, что фосфолипидный слой прихвачен у человеческой же клетки.

А какие вирусы любят таким промышлять?

Ну, не то чтобы любят: они всегда этим промышляют. Это вирус гриппа, вирус герпеса, та самая коронованная гадость, от которой у нас столько проблем сейчас. Безоболочечные вирусы — это, например, аденовирусы, полиовирус. Часто это вирусы, способные к размножению в клетках кишечника. Дело в том, что если у вируса есть оболочка и все белки, которые на нее завязаны, то, как ни странно, он менее устойчив во внешней среде, чем тот, у которого оболочки нет. Потому что оболочка или ее отсутствие совершенно не зависит от капсида. Капсид у вируса есть всегда, то есть белковая часть, а оболочка — это такая опция сверху, которая у некоторых вирусов имеется, а у некоторых нет. Капсидная структура к воздействиям внешней среды более устойчива, просто потому что это белковая вещь, а не фосфолипидный слой. Поэтому многие безоболочечные вирусы способны к размножению в кишечнике. А туда же еще надо проникнуть: пройти сначала желудок, потом двенадцатиперстную кишку, где на них воздействует резкий перепад pH. Вот такие вирусы очень устойчивы к внешним воздействиям, могут сохраняться на поверхности достаточно долго. У вирусов бывают разные стратегии размножения и разные стратегии существования во внешней среде.

Почему вирусы сначала злые, а потом могут стать спокойнее (но это не точно)

Я так понимаю, что все они хитрые, и большинство вирусов, которые вызывают простудные или околопростудные заболевания со схожей симптоматикой, проходят чаще всего сами по себе (например, ОРВИ или другие коронавирусы из семейства). Андрей Комиссаров нам рассказывал, что некоторые коронавирусы в свое время по похожей схеме как-то сбежали к человеку, подуспокоились, и вызванные ими симптомы проходят сами по себе. А сейчас новый вирус пришел в гости нежданно-негаданно и ведет себя как слон в посудной лавке.

На самом деле это общая история для многих вирусов, и не только вирусов, но и паразитов. Какова мечта любого паразита? Тихонечко сидеть в хозяине, аккуратно им питаться и как можно меньше привлекать внимания к себе. Потому что если хозяин погибнет, то вместе с ним погибнет и паразит. Это общая стратегия всех организмов, которые встали на путь паразитического существования. С эволюционной точки зрения чем дольше они взаимодействуют со своим хозяином, тем меньше вреда ему наносят.

Самый идеальный вариант с точки зрения вирусов — это так называемый эндогенный ретровирус. Они есть у нас всех, они аккуратненько сидят в геноме, не способны вызывать не только какие бы то ни было симптомы, но даже размножаться за пределами хромосомы хозяина. Они туда аккуратненько присели, заняли место. Теперь они копируются и передаются с последующим поколением каждый раз при рождении нового организма. Мы их не замечаем, вреда они нам не наносят, по некоторым данным можно даже сказать, что приносят пользу, если так глобально смотреть.

Например?

Есть данные о том, что давным-давно попавшие в геном эндогенные ретровирусы способствовали возникновению млекопитающих как класса. Речь идет об очень давней истории, естественно. Поэтому я и говорю, что польза ее не сиюминутная данному хозяину, а на уровне вида или даже более крупного таксона — с глобальной точки зрения. Это мечта любого вируса: аккуратненько забуриться в хозяина, не мешать ему, но продолжать спокойно размножаться. Поэтому чем дольше взаимодействуют какие-то вирусы с человеком, тем менее они для него опасны.

В качестве менее яркого примера можно привести герпесвирус. Если вы заболели герпесом первого типа, то он проник в вашу нервную систему и опять-таки в большинстве случаев спокойно себе сидит. Пока иммунная система не будет ослаблена каким-то воздействием, вы его не замечаете и он вам не мешает. А вот если начались проблемы, то тогда мы видим проявление симптомов.

Некоторые герпесвирусы — не простой герпес первого или второго типа, их же очень много — то ли седьмого, то ли восьмого типа, о которых написано в учебниках, — предположительно вызывают синдром хронической усталости, но, может быть, и нет. То есть они есть, их выделяют, но что они делают, непонятно. Есть еще одна очень интересная группа — спумавирусы. Они характеризуются очень интересным цитопатогенным действием на культуру клеток, вспенивающим таким, потому так и называются, от слова пена (spuma). С каким заболеванием они связаны? Что они делают? У многих людей выделяются, да. Симптомов нет. Ну, сидят и сидят, пусть сидят — не мешают. Примерно так.

Как вирусы пытаются взломать организм

Если с некоторыми вирусами все хорошо, в чем тогда подвох?

Это идеальная картина. Проблема начинается с другого. У такой идеальной системы это выглядит как открывание двери ключом. У вас есть ключ, который идеально подходит к замку, вы открываете дверь, она в худшем случае поскрипит немножко, но вы туда входите — тихо, мирно, птички поют, никто никому не мешает, все происходит хорошо. Но если у вас нет ключа и вы пользуетесь отмычками, то есть два варианта. Вариант первый: вы не войдете, потому что отмычки у вас абсолютно не подходят к замку.

Мы ежедневно подвергаемся атаке огромного количества вирусов, которые не имеют подходящих рецепторов в наших клетках и поэтому войти в наш организм не могут. Это вирусы растений, это вирусы животных, в том числе домашних, вирусы бактерий. Если разобрать воздух вокруг нас, воду, почву, все те среды обитания, с которыми мы ежедневно сталкиваемся, то количество вирусов в них будет гигантским, но большинство из них не могут нам никаким образом повредить, потому что у них нет ключа и даже отмычек.

Вариант второй: проблемы начинаются тогда, когда какой-то вирус все-таки обзаводится отмычками, с помощью которых он все-таки может проникнуть в клетку хозяина, в данном случае человека. Чем дальше изначальный хозяин от нынешнего, тем более грубыми будут отмычки, поскольку изначально — возможно, моя аналогия с отмычками не совсем подходящая — это ключ неподходящего размера и неподходящей формы. Естественно, если удастся дверь открыть, он оставит после себя полностью развороченный замок. После этого дверь функционировать как раньше уже не сможет. Вот именно по такому принципу происходят все глобальные вспышки заболеваний, имеющие зоонозный характер.

Беседовала Полина Полещук