Создать вирус и убить человека

Как ученые создают новые лекарства? Рассказывает молекулярный биолог Константин Северинов

За эпидемиями экзотических вирусов в СМИ следят как за концом света, хотя ученые уже умеют с ними работать: геном китайского коронавируса был расшифрован за десять дней. При этом люди каждый день лечат банальную простуду антибиотиками из аптеки, даже не выясняя, какая у них инфекция — вирусная или бактериальная. Даже примитивные бактерии теперь становятся для нас смертельно опасны: они научились игнорировать антибиотики.

Текст:
Даниил Давыдов, Кирилл Руков

Пневмонию (то есть воспаление легких) могут вызвать и вирусы, и бактерии, но вот бороться с ними нужно совершенно по-разному.

Бактерии — это живые одноклеточные организмы. Попадая в человека, они размножаются, попутно повреждая клетки и ткани — так развивается болезнь. Чтобы бороться с бактериями, ученые разрабатывают специальные яды — антибиотики, которые убивают сам возбудитель внутри тела. Но чем чаще мы их используем, тем быстрее бактерии вырабатывают устойчивость к антибиотикам.

Вирусы — совсем другое, их даже вряд ли можно назвать живыми. Это просто оболочка, внутри которой гены — ДНК или РНК. Попадая в организм, вирус внедряет генетический материал в клетки и заставляет их штамповать свои копии. Очистить уже зараженное тело от вируса лекарствами невозможно, яды-антибиотики на них не действуют. Поэтому ученые придумали прививки — чтобы при встрече организм здорового, привитого человека сразу узнал вирус и не дал ему размножиться.

У большинства новых экзотических вирусов первоначальными хозяевами были животные ( как и у нового коронавируса из Китая — Прим. ред.). Возрастающее давление человека на дикую природу увеличивает количество контактов между людьми и экзотическим зверями — там, где они еще остались. Сначала эти новые вирусы высокопатогенны, то есть сильно вредят здоровью заразившегося. Но, адаптировавшись к человеку, они, как правило, становятся менее опасными, ведь для успешной эпидемии вирусу важно не убить зараженного хозяина, а распространиться на как можно большее количество особей.

Для обычных россиян вероятность подцепить бактериальную инфекцию, которая будет устойчива ко всем основным антибиотикам, сейчас гораздо выше, чем заразиться экзотическим вирусом, вспышка которого произошла в Африке или Китае.

Проблема с вирусами в том, что мы не умеем направленно уничтожать их внутри пациента. В этом принципиальное отличие от бактериальных болезней, где антибиотики действительно убивают возбудителя. Поэтому лучший способ предотвращения вирусных инфекций — вакцинация еще здоровых людей.

Современные методы молекулярной биологии позволяют создавать потенциальные вакцины против новых вирусов за полгода или даже за меньший срок. Однако затем потребуются еще несколько лет, чтобы доказать безопасность и эффективность вакцины, сертифицировать ее, ввести в график прививок, произвести в достаточных количествах и так далее. К тому времени про сегодняшний вирус все забудут, возникнет другой. Поэтому поголовное вакцинирование жителей России пока еще несуществующей вакциной от уханьского вируса, — дело совершенно ненужное. Хотя понятно, что деятельность по такой разработке очень выгодна и политикам, и ученым, и промышленникам, которые получают на нее контракты.

Ученые отделяют кусочки оболочки от вируса (поверхностные белки) таким же способом, каким создают и столь нелюбимые многими ГМО. Потом эти высокоочищенные препараты вводят в организм в надежде получить иммунный ответ — то есть антитела организма, которые будут узнавать эти кусочки, а следовательно, и вирус. Затем, чтобы доказать, что вакцина работает, необходимо продемонстрировать, что после прививки не будет происходить заражения и не разовьется болезнь. Делать это на людях неэтично: для китайского вируса вам пришлось бы провакцинировать группу здоровых людей, затем заразить их вирусом, а контрольную группу заразить без вакцинирования (из последних многие бы умерли). Поэтому опыты ставят на клеточных культурах или на животных, например крысах. Но даже это не гарантирует успех, ведь человек и модельное животное не одно и то же.

Это сложно и дорого. В основном ученые стремятся модифицировать уже существующие антибиотики. Но это нельзя делать до бесконечности, рано или поздно приходится искать новые (фармкомпании неохотно берутся за это, такой проект рискованный с точки зрения финансовых вложений: в среднем разработка одного успешного зарубежного лекарства занимает десять лет и обходится в 2,6 миллиарда долларов. — Прим ред.) .

Сама эта устойчивость у бактерий возникает в результате искусственного отбора — антибиотики широко применяются в сельском хозяйстве ( до 80 % всех антибиотиков вообще используют для лечения скота, причем примерно 97 % были куплены без рецепта , — прим. ред. ), в клиниках, а также обычными людьми в странах, где их отпускают без рецепта. Количество чувствительных к антибиотикам бактерий падает, количество устойчивых — увеличивается (например, самый первый антибиотик — пенициллин — сейчас уже не используется: у бактерий к нему развилась практически полная устойчивость. — Прим. ред.) .

С этой целью используют, например, бацитрацин, монензин и неомицин.

В лаборатории Северинова с этой целью используют стратегию биоинформатического геномного поиска: ищут в образцах генома бактерий участки, ответственные за синтез антибиотиков. Это очень медленный процесс, но в результате был найден принципиально новый антибиотик — клебсазолицин.

Принесла вам тут бактериологического оружия немножк в ленту.

Предвосхищая все вопросы. Не из моего учреждения, ничего конкретного об этом случае не знаю. pic.twitter.com/kYFv2ty5r4

Пока что имеющиеся антибиотики все еще работают в большинстве случаев. Но повсеместное распространение бактерий с устойчивостью приведет к катастрофическим с точки зрения современного человека последствиям, потому что мы вернемся в другую благословенную доантибиотиковую эру — с крайне высокой детской смертностью, смертностью от внутрибольничных инфекций, простых ран и тому подобного.

Правительства развитых стран должны обеспечивать проведение исследований в области наук о жизни на передовом уровне. Дело не только в финансировании, но и в создании условий для продуктивной работы ученых, в инфраструктуре, быстром обмене данными — то есть в том, без чего невозможна передовая наука. Сейчас оборудование и реагенты, которые нужны для быстрого определения новых возбудителей, создают и производят лишь в США, Великобритании и с недавнего времени в Китае. Понятно, что другие страны, которые полностью зависят от иностранных приборов и технологий, не смогут с ними конкурировать.

Все как всегда: соблюдайте правила гигиены, избегайте поездок в экзотические места, ведите размеренный и материально благополучный образ жизни — нужно иметь доступ к квалифицированным врачам. И постарайтесь ограничить использование антибиотиков.

Революция в эволюции

— Например, вирус Эбола и вирус Марбурга — на самом деле одна и та же геморрагическая лихорадка, — пояснил он. — Их возбудитель очень похож. И вдруг у Эболы смертность 86%, а у Марбурга — 35%. Понятно, что африканский континент отличается от Европы по экономическим факторам, но дело тут еще и в возможности заражать конкретные расы.

Геном вируса, который так поспешно опубликовали китайские ученые, по словам специалистов, не дает возможности быстро опознать внутри нуклеотидной последовательности вкрапления чужеродных компонентов.

Подозрения в нецелевом использовании генома отчасти подтверждаются и научной статьей 2015 года в журнале Nature. В ней обсуждается спроектированный коронавирус летучей мыши, который может инфицировать клетки человека. Материал был опубликован в Nature Medicine 19 ноября 2015 года. Причем в число 15 авторов вошли 13 американцев и двое китайских ученых из Уханьского института вирусологии, расположенного в городе, с которого и началось распространение по миру вируса 2019-nCoV.

— Если вирус вырвется, никто не сможет предсказать траекторию (распространения), — заявил тогда Саймон Уэйн-Хобсон, вирусолог из Института Пастера в Париже.

Вирусный конструктор

— Коронавирус вполне может быть избран в качестве объекта для создания идеальной конструкции для заражения, — объяснил российский специалист по генетике вирусов, также пожелавший остаться неизвестным. — Вирус респираторный, то есть эффективно распространяется (эффективнее только вирус кори). В его геноме большое количество генов, что удобно. Он очень неприятен особой комбинацией: патоген респираторный и бессимптомный на первых этапах. У него оттянутый инкубационный период. Это самая опасная комбинация, которая может быть.

Как объяснил специалист, коронавирус берет под контроль первые фазы инфекции. Он умеет подавлять иммунный ответ на первых стадиях. Когда количество копий переваливает за определенный уровень, иммунитет срабатывает, но уже в виде системного иммунного ответа. Этот ответ такой сильный, что приводит к поражению легких.

К моменту появления симптомов вирус находится уже почти во всех клетках организма. В итоге иммунная система дает столь сильный ответ, что в легких образуется отек, их жизненный объем сокращается до минимума, и заболевшие не могут дышать.

Однако пока четких указаний на то, что вирус был создан искусственно, нет ни у одного эксперта.

Природа знает как

— Действительно, судя по исследованиям, этот тип коронавируса эффективнее заражает именно жителей Китая. Однако вызывает большие сомнения то, что он создан искусственно. В природе и так слишком много естественных возбудителей этого заболевания, — считает специалист.

— Потенциально этническая избирательность для вирусов возможна и в природе, — объяснил он. — Например, если в процессе размножения вирус будет использовать клеточные структуры, которые есть только у представителей определенной расы. Так, было высказано предположение, что для входа в клетку вирус использует рецептор на ее поверхности и у людей монголоидной расы таких рецепторов в несколько раз больше, чем у представителей других народов. В таком случае шансов заразиться и более тяжело перенести болезнь у людей с такими особенностями гораздо больше.

Пока это можно считать вполне внятным объяснением, почему большинство заболевших — именно китайцы, заметил эксперт. Но, так или иначе, любая из теорий происхождения нового коронавируса вызывает у экспертов массу вопросов. Каждая из них требует подтверждений, и пока у ученых их нет.

Сегодня мы поговорим о теории эволюции в совсем другом ключе. А именно — рассмотрим апокалиптический сценарий гибели человечества от супервируса, который совмещает стопроцентную смертность со способностью распространяться так же, как грипп или простуда. Может ли вообще появиться подобная зараза?

Супервирус должен иметь как высокую заразность (контагиозность, если использовать медицинский термин; мы далее отойдем от строгости в пользу понятности), так и высокую опасность для заболевших. И то и другое — качества, приобретаемые в ходе эволюции, и потому логично использовать именно положения теории эволюции вкупе с некоторыми другими биологическими соображениями.

Смертельно, заразно, умещается в ДНК — выберите два из трех.

Заразность вируса можно рассматривать как некую способность персонажа в компьютерной игре, и для получения этой способности нужно потратить определенное количество внутриигровых очков. Чтобы проникать внутрь клеток, вирусу нужны специальные белки, эти белки требуется закодировать в генах, а генов у вируса не может быть слишком много. Кроме того, сложно сделать белок, который одновременно помогает пробраться в клетку и при этом не выдает себя лимфоцитам. Это все равно, как если бы взломщик сейфов пытался создать карманный сварочный аппарат для прожигания дверей толщиной в десять сантиметров. Либо устройство неэффективно, либо с ним сложно незаметно пробраться к сейфу.

Вирус, который умеет передаваться с кашлем и при этом поражает жертв со стопроцентной эффективностью, окажется слишком долгим в производстве клеткой или слишком неустойчивым к мутациям. Возможно, что его будет слишком легко победить иммунной системе: аденовирусы, к примеру, в большинстве случаев вызывают простуду или кишечное расстройство. Аденовирусы убивают много людей в абсолютном выражении за счет массовости, но, если вы заразились, риск окажется сравнительно невелик.

Абсолютно смертельное бешенство можно получить только при укусе больного животного, да и то не со стопроцентной вероятностью. Геморрагическая лихорадка Эбола передается лишь с выделениями зараженного человека или животного, и ей нельзя заразиться, просто находясь рядом с больным. Гепатит и СПИД также не распространяются воздушно-капельным путем, да и назвать их скоротечными болезнями сложно: они приводят к смерти далеко не сразу.

Важное замечание

Лекарств от бешенства не существует. Шансы выжить после проявления симптомов стремятся к нулю - врачам известны лишь единичные случаи выздоровления. Поэтому не стоит рассчитывать на то, что конкретно эта собака была здоровой. Ежи, лисы, кошки тоже потенциальные разносчики болезни. От бешенства спасает только вакцинация в первые дни после укуса.

Схожих с толпой радикалов найдут и уничтожат

Иммунная система может столкнуться со всеми видами вирусов. И чем вирус распространенней, тем больше вероятность получить соответствующий опыт организму . И если супервирус произошел как раз от чего-то распространенного, то высока вероятность его встречи с уже обученными лимфоцитами. Чтобы его не узнали, вирус должен довольно сильно мутировать.

Мутация - это снова риск потери других качеств. Если вернуться к аналогии с карманным оборудованием для взлома сейфов, жулику необходимо не просто собрать компактную сварочную аппаратуру, но еще и замаскировать ее, скажем, под авторучку. Поскольку прошлые варианты - с маскировкой автогена под зажигалку - уже давно известны охране банка.

Азы теории эволюции

• У эволюции нет конечной цели, но каждый организм стремится увеличить число своих потомков или копий.
• Изменения в облике организмов и их функции происходят за счет случайных мутаций.
• Мутации по большей части нейтральны, то есть безвредны и бесполезны.
• Если мутация полезна, то ее носители получают некоторое преимущество и могут в итоге вытеснить всех прочих.
• Мутация может проявлять себя как положительным, так и отрицательным образом одновременно.

Разумеется, это сжатое и не выходящее за рамки школьного курса изложение. За бортом мы намеренно оставили совместную эволюцию разных видов, наследование приобретенных признаков, появление жизни как таковой и многое другое - все-таки это слишком обширная тема.

Чужой и бесполезный.

Ряд фантастических рассказов основан на заражении землян инопланетными вирусами с очень высокой летальностью и заразностью. Однако с научной позиции это очень сомнительное допущение. Получается, что никогда не бывавший на Земле вирус не только научился выживать в наших телах, но еще и поразительным образом получил те свойства, которые, как мы видели, весьма сложно приобрести даже за всю историю человечества.

Клетки инопланетных организмов явно должны сильно отличаться от наших, так что для их заражения нужны принципиально иные белки. Вирусу с другой планеты нужно как-то хранить свою генетическую информацию (данные о том, как собирать свои частицы), и далеко не факт, что наша РНК/ДНК с нашей системой кодирования окажется совместима с чужим вирусом. Вирус из иной звездной системы, который кодирует белки так же, как вирус гриппа, это все равно как бортовой компьютер Чужих с интерфейсом на русском языке!

Алексей Тимошенко

В Китае и странах Азии бушует эпидемия коронавируса 2019-nCoV. Число заразившихся коронавирусом в Китае превысило 20,4 тысяч человек, скончались 425 человек.

Еще почти 150 человек заболели вне Китая, один из них погиб. ВОЗ признала вспышку чрезвычайной ситуацией международного значения.

Власти пытаются принять все возможные меры, чтобы остановить распространения вируса.

Однако зачастую новые вирусы создаются в лабораторных условиях на основе уже существующих вирусов, чтобы создать вакцины и лекарства для их лечения.

Ниже мы расскажем о вирусах и бактериях, созданных в лабораторных условиях.

Ученые из Университета Альберты создали оспу лошадей – смертельно опасный вирус, который, в отличие от оспы, не поражает людей и опасен только для лошадей.

Ученые создали этот вирус за полгода, исследования финансировались фармацевтической компанией Tonix. Образцы ДНК, необходимые для создания вируса, стоили всего около $100 000.

Как и ученые из Университета Альберты, их коллеги из Университета штата Нью-Йорк приобрели образцы ДНК для создания вируса полиомиелита.

Созданный ими вирус настолько же опасен, как и его естественный аналог.

Несмотря на то, что в современном мире практически смогли искоренить полиомиелит, ученые опасаются, что вакцина все же может потребоваться, если вирус возродится.

Несколько лет назад ученые Австралийского национального университета и Государственного объединения научных и прикладных исследований (CSIRO) создали по ошибки мутацию вируса оспы. Это мышиная оспа, которая смертельно опасна для мышей.

Ученые пытались разработать препарат для контроля рождаемости мышей, однако у них получилось создать вирус, который оказался смертельно опасным и разрушил иммунную систему мышей.

Тяжелый острый респираторный синдром (SARS) – смертельно опасный вирус, из-за которого умерло 700 человек во время эпидемии в 2002-2003 годах. Всего же от вируса пострадали 8 000 человек в 29 странах мира.

Группа ученых Университета Северной Каролины под руководством доктора Ральфа Бэрика создала новую мутацию вируса, которая получила название SARS 2.0. Новый вирус был создан путем добавления протеина к SARS. SARS 2.0 устойчив к существующим вакцинам и лекарствам, которые применились против естественного вируса SARS.

Phi-X174 – еще один искусственно созданный вирус. Он был создан учеными Institute of Biological Energy Alternatives в Роквиле, штат Мэриленд, США. Ученые создали этот искусственный вирус на основе естественного вируса phiX. PhiX – это бактериофаг, то есть вирус, которые убивает бактерии. Однако он не действует на человека.

Нидерландские ученые создали мутацию смертельно опасного вируса птичьего гриппа.

Естественный птичий грипп непросто распространяется среди людей. Однако ученые сделали так, что новый мутировавший вирус легко передается от человека к человеку.

Для проведения исследований ученые использовали домашних хорьков, так как у них наблюдались те же симптомы птичьего гриппа, что и у людей.

В 1918 году в мире бушевал смертельный вирус гриппа — H1N1. В то время более 100 млн человек заразились этим вирусом, в результате которого кровь проникала в легкие.

Вирус вернулся в 2009 году. Он был не такой опасный, как его предок, несмотря на то, что с тех пор он мутировал.

Ученый Йошихиро Каваока взял образцы мутировавшего вируса, который привел к эпидемии в 2009 году, и использовал их для создания более сильного штамма, устойчивого к существующим вакцинам. Этот штамм был аналогичен тому, который привел к эпидемии 1918 года.

Каваока не планировал создать более смертоносный вирус, он лишь хотел создать первоначальный вирус, чтобы изучить его получше и узнать, как он мутировал. Этот смертельный вирус хранится в лаборатории и может привести к трагедии, если выпустить его наружу.

Эпидемии в видеоиграх — гость нередкий. Обычно, правда, все сводится к банальному зомби-апокалипсису, но иногда разработчики проявляются креатив и на свет появляются… весьма любопытные представители своих жанров. Редакция VGTimes подготовила для вас ТОП-10 видеоигр, герои которых столкнулись с вирусной угрозой. Устраивайтесь поудобнее. Мы начинаем!

Resident Evil 2

И открывает наш ТОП абсолютная классика жанра — игра, которая более двадцати лет назад стала синонимом слову зомби-апокалипсис. Для нашей любимой индустрии Resident Evil 2 — это как произведения Пушкина, Гоголя и Достоевского для мировой литературы. Правда, в отличие от текстов классиков, шедевр от Capcom год назад получил ремейк, причем не простой, а один из лучших за всю историю неблагодарного ремесла возвращения в строй проверенных временем видеоигр.

T-вирус вырвался на свободу и косит население небольшого американского городка. Вчерашние служащие, продавцы, прохожие превратились в страшных зомби, готовых уничтожать все живое на своем пути. Именно в такой ситуации оказываются главные герои истории — полицейский-новичок Леон Кеннеди и Клэр Редфилд, младшая сестра героя первой части Криса. Вместе эта парочка решает разобраться, что за ужас творится кругом — ну и заодно остаться в живых.

Доступна на: PlayStation 4, Xbox One, PC.

Sunset Overdrive

A Plague Tale: Innocence

В центре истории — брат и сестра, за которыми ведет охоту Инквизиция. Дети вынуждены прятаться и в буквальном смысле брать противника хитростью. Как вам, например, такое: одна из эффективных тактик — это лишить врага источника света. Казалось бы, что может произойти? Ну, его… неприятеля сожрут полчища свирепых чумных крыс, единственная защита от которых — огонь. Сами крысы в A Plague Tale — это живое олицетворение эпидемии. Поверьте, с этими хвостатыми вы точно не захотите встретиться в темное время суток.

Доступна на: PlayStation 4, Xbox One, PC.

The Last of Us

Правда, в жизни они предпочли человечество муравьям, но как факт! Вся эта чертовщина, что творится кругом, взята не из головы сценаристов и маскультурных клише, а из научных публикаций. Впрочем, сами зараженные тоже отличаются от типичных зомбаков из хорроров. Они, как бы это поточнее выразиться, часть экосистемы. В мире The Last of Us зараженные — это не что-то необычное. Главными чудовищами же выступают обычные люди: мародеры, ученые, военные и прочие интересные личности.

Доступна на: PlayStation 3, PlayStation 4.

Dead Space

Dead Space — серия космических ужастиков, действие первой части которой разворачивалась на космического корабле Ишимура. Игрок брал под свой контроль инженера Айзека Кларка и оказывался один на один с некроморфами — отвратительного вида монстрами, созданными из трупов людей. Разумеется, всему виной стала страшная инфекция. Ну а дальше все по классике: замкнутые пространства, темнота, недостаток аптечек и других ресурсов. Хоррор от EA выстрелил и получил два продолжения. Правда, с каждым новым сиквелом серия все больше уходила в сторону экшена, но основной посыл и враг оставался неизменным.

Доступна на: PlayStation 3, Xbox 360, PC.

Dishonored

Все дело в том, что в мире игры бушует чума. А лишние трупы — прямой путь к распространению инфекции. Во многом потому Корво должен прятаться в тенях и всем средствам устранения врагов предпочитать нелетальные. Соблюдение баланса напрямую влияло на концовку игры. Эпидемию не сделали главным действующим лицом, но дали понять геймерам, что от их действий зависит финал истории. Такие дела.

Доступна на: PlayStation 4, Xbox One, PlayStation 3, Xbox 360, PC.

Vampyr

Доступна на: PlayStation 4, Xbox One, Nintendo Switch, PC.

Dying Light

Поляки из Techland в 2015 году представили едва ли не самую убедительную версию начала зомби-апокалипсиса за всю историю видеоигр. В их Dying Light причиной заражения людей стало… банальное бешенство. Именно эволюционировавшая форма этого реально существующего заболевания превратила жителей города Харрана в кровожадных созданий.

Но не простых, медлительных зомби — вовсе нет! Зачастую зараженные в Dying Light умеют очень неплохо бегать и даже обладают навыками паркура. Совсем худо становится ночью. В темное время суток на охоту выходят бегуны. Спастись от тварей крайне сложно. Во время столкновения с ними простенький платформенный экшен в открытом мире превращается в локальный филиал голливудского фильма ужасов новой волны. Ощущения непередаваемые.

Доступна на: PlayStation 4, Xbox One, PC.

Prototype

Prototype очень интересно сравнивать с вышедшей спустя пять лет Sunset Overdrive. Судите сами. И там, и там открытый мир. Мутанты в наличии? Да! Заражение произошло? Ну, конечно же — вокруг него крутится сюжетная линия обоих проектов. Разница в нюансировке. Если Sunset Overdrive — это черная комедия, которая раз за разом пытается прошибить четвертую стену, то работа Activision Radical Entertainment — чистой воды кино категории B. Максимально жестокое и поданное с серьезным выражением лица.

Доступна на: PlayStation 4, Xbox One, PlayStation 3, Xbox 360, PC.

Plague inc: Evolved

Англичане из Ndemic Creation придумали едва ли не идеальную концепцию для современной стратегической игры. Задача геймера в Plague Inc. — это распространить смертельно опасную болезнь среди как можно большего числа людей. Глобальная цель — уничтожение всего человечества. Нетривиальная задумка, не правда ли? И ведь она выстрелила: вначале на мобильных устройствах, а позже и на больших платформах.

Доступна на: PlayStation 4, Xbox One, PC, Nintendo Switch.

Ну а на этом все! Не забудьте пройти наш опрос и написать в комментариях, какая из представленных игр вам понравилась больше всего. До скорых встреч на страницах VGTimes!

Какая игра из списка вам понравилась больше всего?