Повстання вірусу | Журнал Популярна Механіка

1. Біокрепость для Йосіхіро
2. Відродження вбивці: сильно спрощений опис роботи Каваока над будівництвом вірусу «іспанки» 1918 років
3. Він божевільний?
4. Грип, качки і свині
5. титулований ветеринар
6. Чи не перемогти, але випередити

Праці професора Каваока наробили багато шуму у всьому світі. Він відтворив вірус, який століття тому звів в могилу 40 мільйонів чоловік. Однак, нехай це звучить дивно, якщо до нас прийде нова пандемія грипу, ми будемо чекати порятунку саме від цієї людини.

Вірус міститься в фіали об'ємом 2 мл усередині холодильної камери при температурі -80 ° С. При такій глибокому заморожуванню вірус нібито укладений в шматок бурштину і знаходиться в очікуванні. Під мікроскопом він схожий на якесь середньовічну зброю - сферичний об'єкт, утикається десятками шипів. Точно так же виглядав вірус 1918 року - штам H1N1, більш відомий як «іспанка» і забрав життя щонайменше 40 млн осіб.

Холодильник замкнений і запечатаний всередині спеціального приміщення з бетонними стінами. Приміщення знаходиться в лабораторії, яка також має бетонні стіни товщиною 46 см, до того ж посилені металевою арматурою. Ввійти сюди можна лише через цілу анфіладу кімнат, яку відкривають герметичні люки, на зразок тих, що можна побачити на підводних човнах. Ще тут все заставлено датчиками сигналізації - їх більше п'яти сотень, вони розподілені по всій будівлі і встановлені на всіляких приладах, щоб в разі небажаного вторгнення оповістити охорону і поліцію кампуса. Спостереження за лабораторією ведеться цілодобово.

Вірус грипу H5N1 під мікроскопом Цей тип хвороби так і не був зареєстрований в США, проте грип інших видів постійно розносять по країні водоплавні птахи.

Біокрепость для Йосіхіро

Всі ці камери, герметичні двері і датчики повинні працювати бездоганно - таке базова вимога до всього, що знаходиться в Інституті з вивчення грипу вартістю $ 12,5 млн. Він розташувався на околиці кампуса Університету Вісконсін-Медісон.

Відродження вбивці: сильно спрощений опис роботи Каваока над будівництвом вірусу «іспанки» 1918 років

Крок 1. Зворотний інжиніринг вірусу столітньої давності Для кожного з генів вірусу 1918 року Каваока підібрав сучасну версію - з нині існуючих видів пташиного грипу, і з їх допомогою було отримано білок, майже ідентичний зразком 1918 року. Потім вчений зібрав послідовності генів в єдину «нитку», що являє собою подобу генома «іспанки» (цей геном був секвенирован в 2005 році.)
Крок 2. Перевірка працездатності Іншими словами, перевірка здатності до зараження. Заражені тхори хоч і не хворіли так сильно, як якщо б це була справжня «іспанка», але виявилися симптоми були набагато серйозніше, ніж при звичайному сезонному грипі.
Крок 3. Знайти, що змушує вірус поширюватися Пандемія настає тільки тоді, коли він легко поширюється. Каваока посадив інфікованих тхорів в клітини до здорових, але зараження не відбувалося. Тоді професор став доповнювати штучний геном послідовностями генів з вірусу «іспанки» і нарешті знайшов той фрагмент коду, який відповідав за зараження.
Крок 4. Ввести мутації в найбільш важливі гени Каваока потрібно з'ясувати, як створений за допомогою генної інженерії вірус поводитиметься, якщо він знайде мутації, які дозволяють пташиному грипу заражати ссавців. Вчений вводив в геном вірусу різні комбінації подібних мутацій і заражав тхорів знову.
Крок 5. Повторення знову і знову Одна група тхорів продемонструвала симптоми, близькі до реального грипу 1918 року. Виявилося, що вірус набув додаткові мутації. Експеримент з тхорами був повторений. Вірус знову мутував. Всього він придбав десять мутацій. Наступний крок - спостерігати, чи не з'явиться схожа мутація вірусу в природі.

Пройшовши початкову перевірку на посаді ФБР (це обов'язкова вимога до всіх співробітників), працівники лабораторії перед входом повинні зняти з себе все, включаючи нижню білизну. Потім надіти спеціальну робочу одяг і пару гумових чобіт, що мають внутрішній і зовнішній чохли. У такому вигляді вже можна пройти в тамбур перед входом до лабораторії. Щоб пройти за наступні двері, потрібно одягатися в комбінезон і рукавички з паропропускающей мембрани Tyvek, змінити чоботи і надіти респіратор з фільтром. Після роботи в лабораторії всю спецодяг треба зняти в строго визначеному порядку і прийняти п'ятихвилинний душ. Під душем ретельно вимити себе з милом, включаючи всі відкриті порожнини тіла, і гарненько висякатися.

Будівля, в якому зберігаються віруси, відноситься до класу BSL-3-ag, тобто до споруд з майже найвищої біологічної захистом. Тут же, до речі, міститься вірус Ебола. Жодна частинка біоматеріалу не повинна покинути ці стіни.

Інститут побудували в 2008 році в основному для того, щоб підтримати наукові пошуки однієї-єдиної людини - Йосіхіро Каваока. Кілька місяців тому ця людина опублікував роботу, яка описує вдалий досвід побудови вірусу, ідентичного сумнозвісної «іспанці», з генетичного матеріалу сучасних вірусів грипу. Для цілей дослідження він створив штам, до якого за допомогою мутації надав здатність передаватися по повітрю, і заразив цим вірусом піддослідних тхорів.

У морозильній камері в іншій частині будівлі зберігається гібридний вірус H5N1 з вставленими в нього генами «свинячого грипу», яким у 2009 році заразилися майже півмільйона людей. Про цю роботу Каваока відзвітував у своїй публікації 2012 року. І нарешті, в ще одному холодильнику знаходиться інша версія штаму, який влаштував пандемію 2009 року. В одному доповіді, заснованому на витік із закритою для публіки наукової конференції, стверджується, що ця, остання, різновид вірусу здатна легко обходити імунну систему людини, подібно до того, як вода обтікає зустрілися на шляху валуни.

Загроза загибелі людства? Навіщо ж професор займається всім цим, нехай навіть за стінами неприступної фортеці? Спочатку Каваока відмовився відповідати нам на це питання, але потім погодився на годинну розмову в переговорній напроти дверей його лабораторії, причому в присутності керівника факультету. Вчений ніби чекав питання, яке задають всі, хто знає, чим займається професор, навіть колеги з вищих наукових сфер.

Каваока (ліворуч) працює разом зі своїм асистентом-постдоком. Фото було зроблено в 2001 році, ще до того, як була побудована нинішня лабораторія. Нова лабораторія щорічно закривається на чотири-шість тижнів для проведення знезараження.

Він божевільний?

За межами кілець безпеки, університету і міста Медісон, де влади непохитні у своїй підтримці професора і навіть побудували йому інститут за $ 12,5 млн (відкинувши інших претендентів), це питання обговорювалося безліччю людей, думку яких можна довіряти в різному ступені. Звіт про роботу над вірусом H5N1, що мав дуже докладний опис методів будівництва збудників хвороби, викликав настільки неоднозначну реакцію, що консультативна рада Національного інституту охорони здоров'я рекомендував засекретити частину цих досліджень від широкої публіки, в той час як планувалося їх оприлюднення в журналі Nature.

У червні Каваока і його команда опублікували дані по роботі над вірусом, ідентичним вірусу 1918 року, в журналі Cell Host? &? Microbe, і вже в день виходу статті у світ британська газета The Guardian вибухнула матеріалом під заголовком «Вчені засуджують шалений, небезпечне будівництво смертельного вірусу грипу, що передається по повітрю ». Стаття називала досліди американців небезпечними для життя і цитувала колишнього радника з науки лорда Мея, який оголосив роботи Каваока «абсолютно божевільними». В інтерв'ю для тієї ж статті Саймон Уейн-Хобсон з високоавторитетного інституту Пастера в Парижі заявив: «Це божевілля!»

Негативно налаштовані вчені вважають, що робота Каваока порушує Нюрнберзький кодекс з біоетики в частині правил роботи з біологічними агентами, а конструювання штучних біологічних патогенів створює небезпеку катастрофи, в тому випадку, якщо через будь-якого події в лабораторії віруси вийдуть за її межі і потраплять в природу. Опоненти професора вважають, що ці небезпечні роботи слід припинити.

У липні газета The Independent опублікувала фрагмент звіту про закритій конференції, з якого випливало, що Каваока створив новий вірус грипу, «перед яким імунна система людини виявиться абсолютно безсилою, якщо тільки збудник вирветься зі стін лабораторії». Днем пізніше веб-ресурс Gizmodo дав в «Твіттері» посилання на цю публікацію вже зі своїм заголовком: «Вчені створили вірус грипу, який може вбити все людство».

Ця та подібні перепублікація в соціальних мережах перетворили інформацію про роботу Каваока в справжній мережевий вірус. Твіти і пости в блогах, присвячені цій темі, стали поширюватися з величезною швидкістю, в тому числі в тих мережевих спільнотах, учасники яких розуміли в питаннях біології не більш курчати. Вчений постійно отримує по електронній пошті погрози. Каваока пересилає ці листи в ФБР і намагається думати тільки про роботу.

Грип, качки і свині

Виходить, ніякої логічно обґрунтованою мети у досліджень Каваока немає. Вірусів грипу навколо нас і так достатньо, причому у великій кількості форм. Віруси несуть в собі водоплавні птахи, особливо качки, і найчастіше вони не виявляють жодних симптомів хвороби, хоча постійно його поширюють через свій шлунково-кишковий тракт. Попросту кажучи, якщо качка випорожнюється в ставку, в воду потрапляє вірус грипу. Оскільки водоплавні птахи є скрізь, де є вода, вони не тільки поширюють віруси повсюдно, але і створюють умови для їх мутації в небезпечні для людини штами.

Ось як це, наприклад, може відбуватися. Припустимо, голубокрилий чирок (Anas discors), заражений вірусом H5N3, летить відомим шляхом міграції вздовж Міссісіпі від Медісона до Арканзасу. По дорозі птах спускається в ставок і випорожнюється в нього. Біля берега ставка в воді валяється свиня, яка заражається H5N3 і незабаром одержує ранні симптоми грипу: нежить, кашель, невелику температуру. Незабаром після цього качка-крижень з центрального Міссурі з іншим вірусом - H1N1 - летить тим же пташиним шляхом - і по дорозі сідає в той же ставок. І тепер нещасна свиня підхоплює і H1N1. При певному збігу біологічних факторів може статися досить рідкісне події - два різновиди вірусу з'єднаються в одну форму. І до цієї нової форми в жодного ссавця НЕ буде імунітету. Якщо цей новий штам вірусу грипу отримає здатність передаватися повітряно-крапельним шляхом, людство знову згадає слово «пандемія».

Учені в усьому світі розробляють різні стратегії для протидії таким сценарієм: від придушення виниклої пандемії на початковому етапі до запобігання її. Але грип здавна присутній на Землі, хоч з самим вірусом людство познайомилося тільки в 1902 році. Щоб процвітати і розмножуватися, грипу потрібні лише живі клітини. Спеціальний білок у складі вірусу, гемаглютинін, утворює особливу структуру, яка дозволяє приєднатися до клітинної мембрани і проникнути крізь неї. Потім вірус заражає клітку своїм генетичним матеріалом, використовує її репродуктивний апарат для будівництва своїх копій і, нарешті, вбиває клітину-господаря. Найчастіше грип локалізується у верхніх дихальних шляхах (це те, що ми називаємо сезонний грип), але в більш рідкісних випадках вірус, за рахунок здатності до мутацій, здатний обійти протидіють йому механізми захисту. Нова мутація стає більш вирулентной, і вірус проривається від верхніх дихальних шляхів до інших органів. Тоді дуже ймовірна загибель зараженого організму і передача цієї небезпечної форми іншим потенційним жертвам.

На додаток до водоплавним птахам вірусом грипу заражаються і інші види тварин: кури, свині, коні і собаки. У промисловому птахівництві грип може погубити відразу мільйони курчат, і тому контроль за розвитком вірусу має тут чисто економічний сенс. Оскільки багато штамів вірусу грипу передаються від тварин до людини, саме в ветеринарії проходить передній край боротьби із захворюванням.

титулований ветеринар

Каваока якраз і є дослідником в області ветеринарії. Ще юнаком в Японії його страшно зацікавило, як працюють організми тварин - м'язи, кістки, кров, клітини. І тоді Йосіхіро пішов вчитися на ветеринара. Після отримання освіти та серії поставлених дослідів, а також опублікованих на їх основі наукових робіт Каваока став ветеринаром-дослідником з постійно зростаючим авторитетом в цій сфері. Потім він відправився в США у всесвітньо відому Дитячу дослідницьку клініку Св. Апостола Іуди в Мемфісі, штат Теннессі, де пропрацював 14 років, поки, за його словами, не "накопичив достатнього багажу» для переходу до Університету Вісконсін-Медісон. Там в 1997 році Каваока зайняв посаду професора в Школі ветеринарної медицини. Вчений також має посаду професора в Університеті Токіо, де проводить по два-три місяці на рік, а крім того, багато їздить по світу, розповідаючи про результати своїх дослідів. У 2006 році він став лауреатом премії Роберта Коха, що в середовищі мікробіологів можна порівняти з Нобелівською премією. Каваока і його праці відомі в його професійній області абсолютно всім, а попит на нього з боку наукового співтовариства і наукової преси постійно дуже високий. Професор каже, що працює сім днів на тиждень з часів свого останнього відпустки, який був так давно, що він навіть не пам'ятає, в якому році це було.

Вченому 58 років, але виглядає він на 35 - стрункий, ніяких мішків під очима. Він часто посміхається, і сміх його звучить завжди по-доброму. У професора є така приваблива риса - він постійно принижує свої вміння. Якщо ви скажете, мовляв, це ж справжнє диво - конструювати віруси, Каваока лише сплесне руками, злегка усміхнеться і скаже: «Ну да, моя сестра б не змогла». Однак, на його думку, будь-який дослідник, що володіє необхідною підготовкою, здатний виробляти такі ж досліди. Незважаючи на довгі години в лабораторії, не дивлячись на суперечливе відношення громадськості, Каваока каже, що любить свою роботу, бо вона приносить йому задоволення. І це задоволення в тому, щоб дізнаватися щось нове. Невпинний пошук - найбільша радість в світі! Професор знизує плечима, ніби кажучи: «А що ще можна бажати від життя?» «Коли робота перестане приносити мені задоволення, я залишу її», - зауважує Каваока. Але все це ніяк не наближає нас до відповіді на питання про сенс реконструювання смертельного вірусу 1918 року. Так все ж навіщо?

Каваока засмучує нерозуміння опонентів. Адже він не збирається прати людство з лиця Землі, а, навпаки, хоче врятувати життя людей.

Чи не перемогти, але випередити

«Є одне загальне міркування, яке широка публіка ніяк не зрозуміє. Грип перемогти не можна, - каже Каваока, - рішуче киваючи головою. - Його не можна викорінити на нашій планеті ».

- А що якщо вбити всіх качок?

Від думки про це у професора виривається сміх. Він простягає руки кудись вгору і вигукує: «Так їх занадто багато!»

На думку вченого, єдиний реальний шлях запобігання пандемії грипу - це припинити передачу вірусу від птахів до ссавців, і, зокрема, до людини. І для цього, як вважає Каваока, він повинен продовжувати свої специфічні дослідження - вивчати мутації придбання функцій. Згадаймо, як мутації відбуваються в природі - в надрах організму тієї ж нещасної свині. Професор імітує цю ситуацію у своїй лабораторії. Він маніпулює вірусами, змушує їх мутувати, щоб вивчати їх можливості і характер дії. Таким чином, ми зможемо з'ясувати, як нам реагувати, якщо раптом в результаті мутації з'явиться щось на зразок «іспанки». Якщо ми знаємо, як працює мутація, якщо ми поспостерігали за нею і склали свого роду каталог її поведінки, то ми можемо оцінити, чи будуть ефективні в протидії їй сучасні вакцини або антивірусні препарати. І як тільки ми зрозуміємо, який засіб дієво, ми зможемо створити достатні його запаси для запобігання пандемії. Іншими словами, вся ця робота націлена на порятунок життів.

Так що до сих пір жертвами експериментів Каваока стали лише миші і тхори - останні прекрасно підходять для подібних досліджень, так як реагують на вірус грипу дуже схожим з людиною чином. Щоб перевірити вірулентність штаму, професор заражає вірусом звірків, але ті не залишають цей світ марно. Наробили шуму дослідження показали, що створеним в лабораторії мутацій можна протистояти за допомогою антивірусного препарату озельтамівір, відомого також під патентованим назвою «Таміфлю». З цього випливає, що віруси грипу, що зберігаються в лабораторії, насправді не так вже небезпечні.

Дійсно, з'ясовується, что после того, як потужній вірулентній штам пошірюється по Землі, после всех бід, Які ВІН приносити, люди віробляють захист від него. Свинячий грип 2009 року? Зараз ВІН ціркулює як сезонний грип, а если повернеться грип 1918 року, даже у відтвореній Каваока форме, у нас буде до него почти повний імунітет. Культуру цих вірусів можна хоч з хлібом поїдати, ніяких хворобливих ефектів не буде. У це важко повірити, враховуючи всі ці страшилки, що оточують роботу Каваока, але коли на професора насідають з подібними питаннями, він ще більше пожвавлюється і трясе головою, ніби собака, струшує з вовни воду. Навіть повідомлення про «вірус, який змете людство з лиця Землі», були абсолютно неправильно зрозуміли. Інформація, на якій грунтувалися ці панічні повідомлення, була «в значній мірі неточною», як свідчить Ребекка Морітц, фахівець з біобезпеки університету.

Хтось може запитати з подивом: «А чому б Каваока не взяти і ось так все не розповісти тим, хто дошкуляє його питаннями?» А тому, що професору не хотілося б висувати на перший план аргумент на кшталт «так це ж зовсім безпечно! ». Він вважав за краще б говорити про важливість своїх досліджень, навіть в тому випадку, якщо доведеться мати справу з дійсно небезпечними вірусами.

«Але як це - постійно бути мішенню жорсткої критики, особливо з боку погано інформованої публіки?» - запитуємо ми Каваока. Жвавість майже йде з особи вченого, і він злегка нахиляється вперед. Потім піднімає очі:

- Мене це засмучує, - каже Каваока.

Він пояснює чому. Справа не в тому, що критика ранить його почуття або він боїться погроз. Йому просто шкода, що опоненти не розуміють - він не збирається прати людство з лиця Землі, а, навпаки, хоче врятувати життя людей. Вчений сподівається, що одне з його відкриттів дійсно зможе допомогти вижити якимось невідомим людям, і саме ця надія змушує Каваока наполегливо продовжувати свою працю. З метою зрозуміти, що відбувається в природі, і зіграти з нею на випередження.

Професор усвідомлює, що в житті не буває нульового ризику, але якщо прогноз погоди говорить лише про 10% -ву ймовірність дощу, ми навряд чи потягнемо з собою парасольку. Звичайно, коли мова йде про дійсно небезпечних віруси, ставки зростають, і Каваока розуміє страхи, які оточують його досліди. Що якщо одного разу він створить вірус, проти якого існуючі засоби безсилі? Так, це ризик, вважає вчений, але ризик виправданий. Каваока, який зараз працює і з вірусом Ебола, наполягає на тому, що діє з великою обережністю і строго дотримується правил безпеки в лабораторії, - за його словами, співробітники інституту з більшою ймовірністю можуть підхопити грип вдома у своїх дітей, ніж на роботі. «Ви швидше можете заразитися грипом, - каже Йосіхіро Каваока, - якщо просто підете в парк годувати качок».

Стаття «Будівельник вірусів: божевільний чи рятівник?» Опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №12, Листопад 2014 ).