СУПОТНИЦКИЙ МИХАИЛ ВАСИЛЬЕВИЧ

МИКРООРГАНИЗМЫ, ТОКСИНЫ И ЭПИДЕМИИ

ГЛАВА 1.2. ПАТОГЕННОСТЬ И ПАРАЗИТИЗМ

<~~ Предыдущая глава
Оглавление книги
Следующая глава ~~>


СТАТЬИ КНИГИ ФОРУМ ГОСТЕВАЯ КНИГА ССЫЛКИ ОБ АВТОРЕ

Почему микроорганизмы бывают патогенными? Правильный ответ на этот вопрос позволит предварительно оценивать патогенный потенциал возбудителей новых инфекционных болезней исходя из критериев, которые невозможно определить в эксперименте.

Абсурдизация коэволюции. Понимание сути патогенности только как механизма, посредством которого реализуется возможность микроорганизма к паразитическому существованию, неизбежно приводит исследователей к мысли, что эта форма биотической связи временна, так как способна погубить хозяина и, следовательно, самого паразита. Поэтому длительное время считалось, что в ходе эволюции она должна быть вытеснена другими формами симбиоза, не наносящими вреда хозяину [Dubos R., 1965]. А сам процесс формирования таких форм симбиоза хозяина и паразита носит характер сопряженной эволюции (коэволюции), т.е. их «притирки».

Были получены данные, которые, казалось, свидетельствовали, что такая тенденция в эволюции патогенности может быть единственно верной. Рассмотрим пример, наиболее часто используемый для доказательства такой «коэволюции».

Для ограничения численности кроликов в Австралию в начале 50-х годов этого столетия был завезен вирус, вызывающий у кроликов смертельную болезнь — миксоматоз. На первом этапе эксперимента вирус, действительно, истребил до 95% их первоначальной популяции. А дальше стали наблюдаться два параллельно развившихся процесса. Во-первых, произошло ослабление вирулентности вируса: он убивал не 95, а лишь нескольких десятков животных из сотни, а затем вообще перестал вызывать их гибель. Во-вторых, произошло быстрое распространение кроликов, которые оказались более устойчивыми к вирусу миксомы. В результате через 10–12 лет (после внедрения вируса) численность кроликов восстановилась до исходного уровня. Это пример стал настолько популярным, что сейчас трудно найти учебник по микробиологии, где бы его не привели. А известный биолог N. Ampel (1991) даже перенес его на всю I историю взаимодействия патогенных микроорганизмов с популяциями их хозяев.

Однако среди «коэволюционистов», извлекших из страданий австралийских фермеров столько пользы для торжества своей гипотезы, не нашлось никого, кто бы обратил внимание на результаты такого же эксперимента, выполненного на диких английских кроликах. После 12 лет исследований выяснилось, что в Англии нет ни устойчивых к вирусу миксомы кроликов, ни ослабленного вируса в их популяциях [Эндрюс К., 1969].

В Австралии вирус миксомы между кроликами переносят комары вида Culex annulirostris. Оставшиеся в живых (т.е., устойчивые к мисоматозу) кролики восстанавливали численность своих популяций за зимние месяцы, когда комаров, а, следовательно, вируса, значительно меньше.

В Англии переносчиками вируса миксомы были блохи. Между здоровыми и больными кроликами в естественных условиях «взаимообмен» блохами происходит в течение 3 сут, продолжительность же болезни 11 сут. Кроме того, после гибели животных, зараженные блохи могли оставаться в норах до 105 сут, не теряя своей инфекционности. Иными словами, для инфицирования отдельного животного даже не требовалось высокой плотности больных кроликов в их популяциях. Достаточно, чтобы он «заглянул» в опустевшую нору один раз за 3,5 мес. Сохранение незначительной части диких кроликов в Англии было связано не с «коэволюционным процессом», а с изменением образа их жизни. Они покинули родовые норы и стали жить на поверхности земли [Эндрюс К., 1969], т.е., австралийская «коэволюция» вируса и хозяина, это не более чем частный случай, а не всеобщая закономерность. Ошибочность этих интерпретаций была вызвана неправильным выбором объекта исследования. Пытаясь понять механизм эволюции патогенности исследователи, в действительности, изучали динамику отдельно взятого эпизоотического процесса.

Противоречия гипотезы закрепления патогенности естественным отбором. О том, что патогенность не артефакт недавней ассоциации между микроорганизмом и его хозяином, а более сложное явление, закрепленное естественным отбором, свидетельствуют и многие другие наблюдения. Способность холерного вибриона продуцировать повышенные количества холерного токсина, способствует увеличению количества холерных вибрионов в фекальных массах [Ewald Р., 1994]. Более вирулентный штамм ВИЧ, способный осуществлять сильную клеточную деструкцию в условиях in vitro, накапливается в значительных количествах в семянной жидкости больного СПИДом [Asjo В. et al., 1986]. Следовательно, в обоих случаях патогенность помогает паразиту решать другую важную задачу — осуществлять периодическую смену хозяина. Малярийные плазмодии, способные к интенсивному размножению, вызывают тяжелую болезнь с длительным течением и трудно поддающуюся лечению [Ewald P., 1984], т.е., увеличение патогенности продляет жизненный цикл малярийного паразита и одновременно способствует его переносу другим реципиентам. Высокая плотность и длительное циркулирование плазмодиев в крови человека повышают вероятность проникновения гаметоцитов в желудок комара-переносчика.

Микроорганизмы способны не только утрачивать патогенность, что предполагает теория коэволюции паразитов и их хозяев, (понимающая конечный результат этого процесса как потерю микроорганизмом паразитических свойств), но и приобретать ее. Об этом свидетельствует то обстоятельство, что многие факторы патогенности бактерий детерминируются генами, локализованными в плазмидах или мобильных элементах, способных к внутривидовому и к межвидовому обмену [Брода П., 1982; Пехов А.П., 1996].

Противоречит такой теории коэволюции и древность некоторых возбудителей инфекций, существующих в настоящее время. Поражения, напоминающие туберкулезные, найдены у ящеров мезозойской эры, населявших землю 185 млн. лет назад [Адо А.Д., 1985].

Существуют доказательства как наследственной резистентности млекопитающих к туберкулезу [Lurie M., 1964], так и аргументы в пользу того, что эпидемические штаммы возбудителя туберкулеза были селекционированны для людей, резистентных к данной болезни [Waters A., 1991]. Duff-негативные группы крови и специфические HLA-аллели в популяциях людей, поддерживаются посредством селекции малярийными плазмодиями. Это явление также может быть интерпретировано как доказательство длительной ассоциации возбудителя малярии с человеком, не приведшей к утрате паразитом патогенности (рис. 3).

Рис. 3. Взаимосвязи между малярийными паразитами людей и приматов. У обезьян находят более 26 видов плазмодий. Молекулярный и морфологический анализ показали, что возбудители малярии приматов и людей имеют сходные филогенетические деревья. Получены предварительные доказательства того, что эта группа паразитов имеет: 1) сходный диапазон коэволюционных сценариев, включающих видообразование P. vivax и близких к нему паразитов у азиатских приматов; 2) недавний обмен паразитами между людьми и обезьянами Нового Света; 3) и, возможно, произошедший в давнее время обмен falciparum-подобным паразитом от птиц и ящериц к африканским гоминоидам. Вирулентность малярийных плазмодиев варьирует, но сохраняется миллионы лет, Дальнейший анализ преподнесет еще другие сюрпризы

Рис. 3. Взаимосвязи между малярийными паразитами людей и приматов. У обезьян находят более 26 видов плазмодий. Молекулярный и морфологический анализ показали, что возбудители малярии приматов и людей имеют сходные филогенетические деревья. Получены предварительные доказательства того, что эта группа паразитов имеет: 1) сходный диапазон коэволюционных сценариев, включающих видообразование P. vivax и близких к нему паразитов у азиатских приматов; 2) недавний обмен паразитами между людьми и обезьянами Нового Света; 3) и, возможно, произошедший в давнее время обмен falciparum-подобным паразитом от птиц и ящериц к африканским гоминоидам. Вирулентность малярийных плазмодиев варьирует, но сохраняется миллионы лет, Дальнейший анализ преподнесет еще другие сюрпризы [Escalante A. et al., 1998]

Однако существуют факты, которые трудно объяснить, если отбросить возможность коэволюции вообще и исходить только из гипотезы о закреплении естественным отбором патогенности за паразитическими микроорганизмами. Основное препятствие гипотезе создает то обстоятельство, что вызываемые этими микроорганизмами патологические симптомы, болезнь и смерть хозяина, не придают им никаких дополнительных преимуществ в процессе трансмиссии.

Эта группа возбудителей довольно большая. В нее входят как возбудители «новых» (легионеллез, болезнь Лайма, хантавирусная пневмония), так и «старых» инфекционных болезней (сибирская язва, мелиоидоз). На основе гипотезы закрепления патогенности естественным отбором трудно объяснить, зачем полиовирусу нужна инвазия и пролиферация в корешках спинного мозга. Полиовирус обычно реплицируется в клетках слизистого эпителия кишечника, а передается по фекально-оральному механизму. Размножившись в ЦНС, он не сможет передаться в другие организмы. То, что такой паразитизм не случайность и не свойство только вирусов, свидетельствуют примеры с бактериальными патогенами. Возбудители менингитов — Haemophilus influenzae и Neisseria meningitidis, обычно «проживают» в носоглотке и передаются воздушно-капельным путем. Проникновение в спинномозговую жидкость, по крайней мере для этих бактерий, является началом их конца. Организм отвечает неспецифическим воспалительным ответом на их размножение в ликворе, что приводит к симптомам менингита и смерти Хозяина [Levin В., 1996]. Эпидемическая цепочка, как и при инвазии вируса полиомиелита в корешки спинного мозга, обрывается.

Не объясняет гипотеза закрепления патогенности естественным отбором и приобретение микроорганизмами некоторых «факторов патогенности». Адгезины, продуцируемые уропатогенными E. coli и ответственные за болезненные проявления инфекции в уринарном тракте, необходимы для поддержания возбудителя в кишечнике. Однако болезненные симптомы инфекции уринарного тракта, генерируются через неспецифический воспалительный ответ на эти же адгезины и не создают никаких преимуществ E. coli. Их экспрессия может привести только к «очищению» уринарного тракта от кишечной палочки. Какие преимущества дают E. coli 0157 токсины, вызывая гибель хозяина от гемолитической уремической комы [Levin В., 1990]? А «суперантигены», вызывающие сверхответ иммунной системы и, в конечном итоге, приводящие хозяина к гибели от сепсиса [Whitnack E., 1993], зачем они закрепляются естественным отбором в качестве «факторов патогенности»?

Неспособность обоих рассмотренных гипотез (коэволюции паразита и хозяина, и закрепления за паразитом патогенности естественным отбором) объяснить патогенные свойства одних микроорганизмов, при их полной релевантности в объяснении патогенности других, свидетельствует о многовариантности самого явления патогенности, препятствующей созданию какой то «единой теории патогена». Поэтому мы вернемся к первопричине патогенности микроорганизмов — их паразитическому существованию.

Типы паразитов. О.В. Бухарин и В.Ю. Литвин (1997) выделяют три типа паразитов. Облигатные паразиты — их единственной средой обитания всегда служит какой-то другой хозяин. Поэтому независимо от путей передачи такие возбудители отличаются наиболее выраженной зависимостью от хозяев. Среди возбудителей инфекционных болезней облигатными паразитами являются те, которые при пассажах от одного организма к другому не попадают во внешнюю среду (трансмиссивный, половой, трансплацентарный, лактационный пути передачи, а также укусы животных). Факультативные паразиты — помимо организма хозяина, в процессе циркуляции могут в разной мере использовать внешнюю среду, так что эта категория паразитов очень не однородна. Отличие их от облигатных паразитов состоит в возможности выхода во внешнюю среду различными нетрансмиссивными путями, а также в способности использовать внешнюю среду в процессах циркуляции и резервации. Случайные паразиты — эту группу составляют возбудители типичных сапронозов, для которых внешняя среда (почва, вода, растительные и другие органические субстраты) служит нормальной и наиболее обычной средой обитания. Особенность случайных паразитов состоит в обязательности внешней среды как их основной среды в той же мере, в какой для облигатных и факультативных паразитов обязателен организм хозяина.

Патогенность микроорганизмов без критерия времени. Прежде чем перейти к установлению связей между типами, паразитов и их патогенностью, вернемся к понятию «патогенность», но опустив фактор времени из его толкования. Такой подход вполне оправдан, если учитывать то обстоятельство, что микроорганизмы не знают смерти как разделения пространства и времени [Вернадский В.И. 1965].

Размножаясь делением (бактерии), либо реплицируясь с использованием «ферментативного аппарата» клеток хозяина (вирусы), паразитические микроорганизмы фактически являются бессмертными. Поэтому, смерть, как фактор биологической эволюции, значима только для их жертв. А сами они существуют в нашем понимании вне времени. Отсюда следует, что тот критерий патогенности возбудителя инфекционной болезни, в котором учитывается «фактор времени», лишь отражает нашу потребность в определенном комфорте при исследовании события. Давайте проверим этот тезис. Если мы определим патогенность (вирулентность) через временной интервал — от момента инфицирования паразитом хозяина, до момента гибели хозяина, то убедимся в чрезвычайной патогенности возбудителя натуральной оспы  (гибель людей наступит в течение 2–3 нед.) и непатогенности ВИЧ. Однако если эту патогенность будем определять по «конечному результату», то окажется, что среди инфицированных вирусом натуральной оспы погибло только 30% и эпидемия давно закончилась, а среди первично инфицированных ВИЧ — погибли все, а эпидемический процесс продолжается, приводя к инфицированию и гибели все большего числа людей, т.е. ВИЧ достиг предела патогенности, возможной для паразита — 100% смертности своих жертв при сохранении способности к смене хозяев. Вирус натуральной оспы, в сравнении с ним, даже безобиден. По нашему восприятию времени полная гибель инфицированных займет 10 лет, однако для ВИЧ ни этот период, ни даже миллион лет, не означают ничего. Поэтому та патогенность (вирулентность), которая характеризуется быстрым инкубационным периодом и непродолжительной болезнью, завершающейся смертью, это только проявление определенной (условно назовем ее первой) стратегии паразитизма, где продолжительность инфекционного процесса лимитируется иммунной системой хозяина (вернее, эволюционно сложившейся для данного биологического вида нормой иммунного ответа). Отсюда можно прийти к выводу и о существовании стратегий паразитизма, при которых продолжительность болезни хозяина будет ограничена продолжительностью его жизни (вторая стратегия), и, даже, продолжительностью жизни его как вида (третья стратегия). Однако о последних двух стратегиях мы поговорим позже.

Патогенность облигатных паразитов (возбудители кори, коклюша, гриппа, желтой лихорадка, чумы, натуральной оспы, лихорадки Денге, Ку-лихорадки и др.). Патогенность таких паразитов является исключительно вынужденной и существует через необходимость сохранения хозяина живым для последующего переноса к новым хозяевам (рис. 4). В зависимости от способа переноса (основные — трансмиссивный и воздушно-капельный), плотности и чувствительности инфицируемой популяции, вирулентность возбудителя новой болезни может значительно колебаться, однако в его распространении всегда можно отследить эпидемическую цепочку. Клиническая картина болезни может носить характер давно сформировавшейся инфекционной патологии, т.е., иметь четкий клинико-патогенетический синдром и эпидемиологию. Наиболее опасно появление в человеческих популяциях новых возбудителей данного типа, использующих трансмиссию с помощью какого либо переносчика, который уменьшает зависимость паразитического микроорганизма от живого хозяина. Более того, он будет поддерживать отбор высоковирулентных штаммов из-за большой вероятности захвата им возбудителя с кровью больных с тяжелыми формами инфекции. Однако процесс формирования таких форм симбиоза хозяина и паразита носит характер коэволюции. Поэтому в инфицированных популяциях новый возбудитель никогда не достигает максимума своей вирулентности, в чем можно убедиться опытным путем, уменьшая его LD50 последовательными пассажами через хозяев. Эффект пассажей делает паразитическую трансмиссию независящей от выживания самого хозяина. Посредством этого ему «дозволяется» большая вирулентность без компромисса, необходимого для его способности передаваться другим хозяевам [Levin В., 1996].

Рис. 4. Снижение средней продолжительности жизни людей на планете после пандемии испанки в 1918 г. и с начала 1960-х гг. Масштабные эпидемии и пандемии, вызываемые облигатными микроорганизмами, использующими первую стратегию паразитизма, способны приводить к опустошению отдельных стран. Патогенность таких паразитов существует через необходимость оставлять хозяина живым. Поэтому численность населения не только восстанавливается, но и может превысить «доэпидемический» период. Однако с начала 1960-х годов рост средней продолжительности жизни замедлился [Lederberg J., 1997]. В XXI столетии возможна ее отрицательная динамика из-за давления, оказываемого возбудителями инфекций, использующими вторую и третью стратегии паразитизма и существующими без необходимости сохранять жизнь своим жертвам

Рис. 4. Снижение средней продолжительности жизни людей на планете после пандемии испанки в 1918 г. и с начала 1960-х гг. Масштабные эпидемии и пандемии, вызываемые облигатными микроорганизмами, использующими первую стратегию паразитизма, способны приводить к опустошению отдельных стран. Патогенность таких паразитов существует через необходимость оставлять хозяина живым. Поэтому численность населения не только восстанавливается, но и может превысить «доэпидемический» период. Однако с начала 1960-х годов рост средней продолжительности жизни замедлился [Lederberg J., 1997]. В XXI столетии возможна ее отрицательная динамика из-за давления, оказываемого возбудителями инфекций, использующими вторую и третью стратегии паразитизма и существующими без необходимости сохранять жизнь своим жертвам

 

Таким образом, вышеуказанные противоречия «теории коэволюции», созданы теми «коэволюционистами», которые понимают взаимную адаптацию макро- и микроорганизмов, как процесс, ведущий к утрате микроорганизмом паразитических свойств и к превращению его в свою противоположность — комменсал. О.В. Бухарин и Б.Я. Усвяцов (1996), опираясь на предложенный В. Беляковым и соавт. (1987) «принцип саморегуляции паразитарных систем», «развили» эволюционное учение «правилом», в соответствии с которым «эволюция не дает существенных преимуществ ни одному из взаимодействующих видов — она направлена на достижение динамического противоречивого равновесия». Т.е. эволюции как естественного отбора наиболее приспособленных видов, не существует. А эволюция симбиотических систем представлена ими в виде последовательности событий — «комменсализм-паразитизм-аменсализм-комменсализм» и т.д., напоминающей ламарковское упражнение органов. О.В. Бухарин и Б.Я. Усвяцов (1996), так же как и N. Ampel (1991), принимают частный случай снижения вирулентности микроорганизмом в конце эпидемического процесса за общую закономерность — утрату им паразитических свойств в ходе «эволюции симбиотических систем».

Возможна ли вообще утрата паразитических свойств облигатным организмом, как настаивают указанные выше авторы? Чтобы ответить на этот вопрос, посмотрим, какую цену платят другие биологические виды за переход к паразитическому существованию. Например, внутренние паразиты теряют органы чувств, затем у них до предела упрощается нервная система, и, как у ленточных червей, исчезает пищеварительная — она им больше не нужна. Т.е., отбор перестает следить за формированием структуры, и этого достаточно. Остальное делает второе начало термодинамики. Те структуры, которые поддерживает отбор, сохраняются и развиваются, например, органы прикрепления к стенке кишечника [Медников Б.М., 1982]. Эта закономерность носит общебиологический характер. Поэтому она справедлива и для микроорганизмов. Таким образом, переход к облигатному паразитизму всегда сопровождаемся упрощением организма. Организм не может «скачком» вернуть те утраченные структуры, которые бы позволили ему вновь вернуться в прежнюю среду обитания, перейти к другим формам симбиоза, либо изменить стратегию паразитизма. Для этого ему нужно стать другим видом. А так как это менее вероятно, то при смене условий окружающей среды происходит либо его замещение другим паразитом, либо формирование других форм симбиоза, которые могут не включать паразитические микроорганизмы. Следовательно, патогенность облигатных паразитов является адаптивным признаком, а их поддержание в популяциях отдельных видов может достигаться за счет других механизмов (гетерогенность популяции паразита по вирулентности, использование им переносчиков, сохранение в резервуарах и т.п.). Даже сильное отрицательное давление против высокопатогенных паразитов, вызванное небольшой численностью хозяина, либо ограниченным диапазоном паразитизма возбудителя, ведет не к становлению его как комменсала, а к его вытеснению из популяции хозяина новым микроорганизмом с другой стратегией паразитизма (второго и/или третьего типа). Поэтому теории коэволюции не противоречит ни длительная ассоциация патогенных видов микроорганизмов с их хозяевами, ни поддержание патогенности естественным отбором, но только тогда, когда речь идет об облигатных паразитах и исключается придуманная некоторыми исследователями возможность их перехода к другим формам симбиоза.

Патогенность факультативных паразитов (возбудители полиомиелита, холеры, гепатита А, ботулизма, бактериальных менингитов и др.). Для возбудителей инфекционных болезней, являющихся факультативными паразитами, характерны фекально-оральный и воздушно-капельный пути передачи, высокая степень носительства и лишь эпизодическое проявление их в форме тяжелых инфекций. Так, на одного больного менингитом приходится 180 бактерионосителей [Покровский и др., 1976]. По данным В.В. Алексеенко (1991) соотношение больных холерой и вибрионосителей колеблется в разных регионах от 1:1 до 1:100. Проникновение вируса полиомиелита через гематоэнцефалический барьер происходит не чаще чем в 1% случае от числа инфицированных [Болотовский В.М., 1993]. Колонизация факультативными паразитами слизистых поверхностей макроорганизма (кишечник, носоглотка) осуществляется в условия противодействия со стороны микробов-антагонистов, местных барьерных факторов и др. Поэтому создаются условия для природной селекции высоковирулентных штаммов в виде локального феномена. Это позволяет паразитическому микроорганизму:

1) избежать ингибирования своего размножения механизмами защиты хозяина;

2) пролиферировать в этом хозяине;

3) проникать и размножаться в органах, тканях и клетках, в которых он будет меньше конкурировать с другими представителями своего вида и иметь преимущества в данном хозяине [Levin В., 1996].

Экспрессия факторов, ответственных за локальные преимущества микроорганизма, не направлена на его трансмиссию к другим хозяевам. У «новых» возбудителей данного типа вероятно обнаружение генов известных, т.е., «старых» факторов патогенности (например, термолабильных и термостабильных энтеротоксинов). Как мы уже указывали выше, для менингококка проникновение в ликвор и для полиовируса проникновение в клетки ЦНС, является началом их конца. Однако степень факультативности у микроорганизмов различна. Поэтому при некоторых инфекциях, например, кишечных, обсемененность окружающей среды данным возбудителем может возрасти, что, при наличии фекально-орального механизма передачи, приведет к распространению паразитического микроорганизма по эпидемической цепочке. Но патогенность возбудителя холеры не имеет такого решающего значения для его распространения в природе, как для облигатного, например, малярии. В большинстве случаев, «внезапно» появившаяся вирулентность сокращает популяцию носителя и снижает скорость передачи возбудителя. Для других условий, факторы, создавшие локальные преимущества микроорганизму, значения не имеют. Они не придают микроорганизмам большей способности выживать в окружающей среде, не повышают вероятность выживания их популяций в будущем. Это «недальновидная эволюция» вирулентности микроорганизма [Levin В., Bull J., 1994].

Патогенность случайных паразитов (возбудители сибирской язвы, легионеллеза, мелиоидоза, псевдотурберкулеза и др.). Применительно к организму теплокровных патогенность их случайных паразитов не может ни поддерживаться посредством природной селекции, ни представлять собой результат «недальновидной» эволюции. Эпизодичность паразитической фазы их существования в теплокровных организмах исключает иной путь развития инфекционной болезни, кроме как случайного проявления ответа макроорганизма на экспрессируемые микроорганизмом вещества — так называемые факторы вирулентности, обычно имеющие другие функции. Клинические проявления таких новых инфекций могут не носить специфической картины (как мелиоидоз) и зависеть от пути проникновения возбудителя (как сибирская язва). Так как жизнь или смерть случайно инфицированного теплокровного организма ничего не значат для поддержания такого паразита в природе, то его вирулентность не лимитируется необходимостью сохранения жизни своим жертвам. Болезнь может протекать в септической форме и сопровождаться высокой смертностью (сибирская язва, мелиоидоз). Массовые инфекции носят характер вспышек (болезнь легионеров, псевдотуберкулез) и редко напоминают классический эпидемический процесс, т.е. передачу возбудителя по цепочке от одного заболевшего к другому. Возбудитель сибирской язвы является исключением — инфицирование крупного рогатого скота происходит через траву, а затем, при употреблении недостаточно термически обработанного мяса, инфицируются люди. Но для сохранения возбудителя в природе эти жертвы никакого значения не имеют.

Смена типа (степени) паразитизма. Среди возбудителей инфекций мы нигде не видим «идеальных убийц». Так или иначе, возможности их поддержания в окружающей среде и проникновения в организм теплокровных, ограничены. Ареалы возбудителей малярии, лихорадки Денге и желтой лихорадки лимитированы ареалами их переносчиков, те, в свою очередь, климатическими и ландшафтными условиями. Возбудитель мелиоидоза может существовать только в определенном типе почв. Возбудитель сибирской язвы для того, чтобы проникнуть в организм животного, должен быть сначала захвачен корневой системой травянистых растений. ВИЧ не сохраняется в окружающей среде и не передается воздушно-капельным путем как вирус гриппа. Тот же, в свою очередь, неспособен передаваться половым путем и т.д. Признавая роль Творца в создании паразитических организмов, нам бы пришлось признать и то, что в каждом конкретном случае им не все было продумано. Признавая роль естественного отбора (как выразился писатель Азек Азимов — «демона Дарвина»), нам также придется считаться с тем, что и он не во всех случаях работает безотказно.

Посмотрим, что должно произойти с облигатным паразитом, прежде чем тот станет «случайным» и после гибели своего хозяина обретет «спокойное существование» где-то в почве.

Облигатные паразиты утрачивают ненужные им гены, т.е. те, которые обеспечивают выживание в другой среде обитания. Значит, для смены типа паразитизма такие гены должны вновь возникнуть. Для этого в распоряжении «демона Дарвина» есть мутации. Вероятность мутации в гене 10–5. Однако гарантии того, что эта мутация не создаст бессмысленную последовательность, нет. Бессмысленную мутацию отбор не пропустит. Предположим, что для создания нужного структурного гена в исходном гене должны возникнуть две мутации, тогда их вероятность уже 10–10. Такие ничтожные вероятности не столь часто реализуются, чтобы провести бессмысленную последовательность на следующий этап естественного отбора. Придется оставлять старую [Медников Б.М., 1982].

Для бактерий «демон Дарвина» может использовать генетический перенос. Однако плазмиды и фаги случайных и даже факультативных паразитов находятся в другой среде обитания. Красивые опыты по межвидовому переносу генов между бактериями, выполненные в условиях in vitro, очень трудно экстраполировать на каждый конкретный эпизод биологической эволюции в природных условиях. Например, конъюгацию, легко получаемую в лабораторных условиях на фильтрах, видимо, можно осуществить и в кишечнике теплокровного животного. Но если мы возьмем конкретные микроорганизмы, например, облигатный паразит — возбудитель чумы и факультативный — возбудитель дизентерии, то убедимся, что встреча их в одном организме, даже при развитии двух инфекций сразу, маловероятна. А если она случайно произойдет в другой среде обитания, например, в каких-нибудь почвенных амебах? Много ли получит с этого «демон Дарвина»? Скорее всего, что немного. Плазмиды, как правило, несут только дополнительные к основным гены, позволяющие микроорганизму выдерживать конкуренцию с другими членами среды его обитания (гены токсинов, антибиотиков и т.п.). Но они не могут определить тип паразитизма.

Тогда как же совместить успехи, достигнутые эволюцией в создании отдельных патогенных видов и явное бессилие эволюции, .когда рассматривается возможность большей адаптации этих видов к изменившейся среде обитания, за счет смены типа (степени) паразитизма?

Парадоксальное бессилие «демона Дарвина» генетик С. Райт представил в виде очень наглядной картины. Вообразим разные степени приспособленности к внешним условиям в виде холмистого ландшафта («ландшафта приспособленности»), где высота холма (адаптивного пика) соответствует степени его приспособления (в рассматриваемом нами случае — это вирулентность и тип паразитизма). Популяция, поднявшаяся на маленький пик, не может сменить его на большой, стать более приспособленной, ибо при смене пиков отбор пойдет против уровня приспособленности. Как кошка во время наводнения, спасаясь на низком заборе, может утонуть, хотя рядом был высокий дом, так и паразитический вид вынужден приспосабливаться к меняющейся среде обитания в рамках той способности к паразитизму, которая была закреплена за ним естественным отбором. Поэтому, все надежды на смену каким-то возбудителем типа паразитизма, как и на его переход к комменсализму, иллюзия. Также трудно судить, какой из пиков выше. А вот какой опасней для нас, как биологического вида — это, несомненно, облигатный паразитизм. Именно в его рамках может измениться стратегия паразитизма, «новый» паразитический микроорганизм внезапно достигнет вершины адаптивного пика, а кошка запрыгнет на крышу дома (рис. 5).

Рис. 5. Т-лимфоцит, инфицированный ВИЧ. ВИЧ использует Т-лимфоциты для своего размножения (частицы вируса выглядят как маленькие шарики [Вебер Д., Вейсс Р., 1988]). Одновременно он разрушает иммунную систему хозяина, что делает невозможным существование большого количества ВИЧ-инфицированных людей в условиях, когда их популяции подвергаются давлению со стороны возбудителей контагиозных болезней. Победа над контагиозными возбудителями привела не к переходу их в комменсалы, а к их смене паразитом с другой стратегией паразитизма. И в настоящее время использующий вторую стратегию паразитизма ВИЧ — наиболее идеальный убийца

Рис. 5. Т-лимфоцит, инфицированный ВИЧ. ВИЧ использует Т-лимфоциты для своего размножения (частицы вируса выглядят как маленькие шарики [Вебер Д., Вейсс Р., 1988]). Одновременно он разрушает иммунную систему хозяина, что делает невозможным существование большого количества ВИЧ-инфицированных людей в условиях, когда их популяции подвергаются давлению со стороны возбудителей контагиозных болезней. «Победа» над контагиозными возбудителями привела не к переходу их в комменсалы, а к их смене паразитом с другой стратегией паразитизма. И в настоящее время использующий вторую стратегию паразитизма ВИЧ — наиболее «идеальный убийца»

 

Вторая стратегия паразитизма. Постоянное наращивание возможностей человеческого общества по активному воздействию на распространение и размножение патогенных микроорганизмов привело к изменению характера пандемий. Массовая иммунизация и антибиотикотерапия, возможность распознавать возбудителя инфекционной болезни, проводить карантинные мероприятия, дезинфекцию, Дератизацию резко снизили риск проникновения в человеческую популяцию паразитических видов микроорганизмов, вызывающих непродолжительную болезнь с коротким инкубационным периодом и интенсивным размножением возбудителя. Появились пути передачи, которые раньше были невозможными (гемотрансфузии, внутривенные инъекции, трансплантации). Тем самым была открыта Дорога облигатным паразитическим микроорганизмам, способным распространяться при невысокой плотности населения и низкой интенсивности передачи. Проникновение в человеческое общество новых возбудителей, использующих вторую стратегию паразитизма, возможно как из родственных природных резервуаров, в которых по каким-то причинам они были законсервированы, так и из латентных очагов в человеческих популяциях, видимо, представляющих собой один общий резервуар. Вызываемая ими инфекция носит медленный характер, возбудитель стремится быть не узнанным иммунной системой и сохранить себя в человеческих популяциях, интегрируясь с геномом человека (ретровирусы, герпесвирусы, вирус гепатита В, аденоассоциируемые вирусы и др.) либо как микоплазменное образование. Продолжительность таких инфекционных процессов не лимитируется иммунной системой хозяина. В механизме передачи преобладает половой путь, который одновременно необходим для сохранения вида-хозяина и не может быть разорван. Эпидемическая цепочка ограничивается лишь количеством человеческих особей в популяции, поэтому распространение некоторых паразитических микроорганизмов приобрело характер пандемии (ВИЧ, вирус гепатита В, некоторые виды вирусов герпеса и микоплазм). Возбудитель не накапливается в больших количествах. Например, концентрация ВИЧ в периферической крови редко превышает 104 частиц в 1 мл3 [Медников Б.М., 1990]. Использующий первую стратегию паразитизма возбудитель сибирской язвы накапливается на терминальной стадии болезни до 109 колониеобразующих единиц в 1 мл3 крови [Frittz D. et al., 1995].

Возбудители, использующие вторую стратегию паразитизма, вызывают либо пролиферативные болезни, например, лейкемии (HTLV-1 и HTLV-2), либо как ВИЧ, не вызывают конкретную болезнь, делая организм беззащитным перед лицом какой угодно болезни [Лем С, 1989], либо имитируют соматические болезни — атеросклероз, нарушения психики и др. (герпесвирусы, микоплазмы). Продолжительный латентный период этих болезней сочетается с максимальной вирулентностью их возбудителей, определяемой без учета временного критерия. Длительность болезни может быть сопоставима с продолжительность жизни человека, но не равна ей, так как для сохранения и передачи микроорганизма, жизнь хозяина при данной стратегии паразитизма, значения не имеет. Уже сейчас можно сказать, что вызываемая такими микроорганизмами патология, замедлила рост средней продолжительности жизни человечества, начавшийся в начале XX столетия (см. рис. 4), а все надежды победить ВИЧ с помощью современных технологий, провалились (рис. 6).

Рис. 6. Неоправданные надежды на быструю победу над СПИДом. Так оптимистически в 1988 г. ученым виделись перспективные подходы к борьбе с ВИЧ [Яркоан Р., Мицуя Х., Бродер С., 1988] За более чем десятилетний период были потрачены миллиарды долларов, Однако надежды на высокие технологии не оправдались. Пандемия продолжается

Рис. 6. Неоправданные надежды на быструю победу над СПИДом. Так оптимистически в 1988 г. ученым виделись перспективные подходы к борьбе с ВИЧ [Яркоан Р., Мицуя Х., Бродер С., 1988] За более чем десятилетний период были потрачены миллиарды долларов, Однако надежды на высокие технологии не оправдались. Пандемия продолжается

 

Третья стратегия паразитизма. Об этой стратегии можно пока высказать только гипотезу. В отсутствие селективного давления происходит полиморфизация популяции ВИЧ и ВИЧ-подобных вирусов, проникновение других аналогичных и подобных видов, что ведет к конкуренции между ними, их отдельными подтипами, эндогенными ретровирусами и другими мобильными элементами генома человека. По данным J. Lederberg (1997), с геномом человека способны интегрироваться от 400 до 500 ретровирусов. Этот процесс сложен и не изучен. Само появление живых систем обязано ретроэлементам, которые сыграли важную роль в формировании геномов позвоночных и составляют значительную часть генома человека. Ретротранспозиция ретроэлементов считается главным регулятором темпа эволюции самых различных организмов, включая видообразование новых ретровирусов. Эндогенные ретроэлементы могут играть роль «защитных экранов», препятствующих специфической интеграции ретровирусов в геном высших животных. Конкуренция между эндогенными и экзогенными ретроэлементами происходит в рамках генома хозяина и ее конечной задачей является усиление влияния на него. Поэтому можно предположить, что дальнейшее развитие пандемии СПИДа приведет к появлению новой инфекционной патологии, связанной с избирательным поражением жизненно важных участков генома человека. Распространение же такого возбудителя будет предполагать как половой, так и наследственный механизмы. Инкубационный период значительно превысит таковой для ВИЧ. Болезнь проявит себя разнообразной соматической и наследственной патологией, не принимаемой за инфекционную. Длительность эпидемического процесса — несколько столетий. Растянутость этого процесса во времени не имеет значения за пределами человеческих ощущений. Его результатом могут быть необратимая депопуляция, либо даже запуск механизма случайного (т.е., не обусловленного резким ухудшением внешних условий) уничтожения вида, действующего на генетическом уровне.

***

По типу паразитизма возбудителей инфекционных болезней можно разделить на три большие группы. Облигатные паразиты — их единственной средой обитания всегда служит какой-то другой хозяин. Поэтому, независимо от путей передачи такие возбудители отличаются наиболее выраженной зависимостью от хозяев. Факультативные паразиты — помимо организма хозяина, в процессе циркуляции могут в разной мере использовать внешнюю среду. Случайные паразиты — эту группу составляют возбудители типичных сапронозов, для которых внешняя среда (почва, вода, растительные и другие органические субстраты) служит нормальной и наиболее обычной средой обитания. Возбудители инфекционных болезней используют принципиально разные стратегии паразитизма. К первой мы относим ту, при которой продолжительность инфекционного процесса лимитируется иммунной системой хозяина. Ко второй, стратегию, при которой продолжительность болезни хозяина будет ограничена продолжительностью его жизни. К третьей, стратегию, при которой продолжительность инфекции ограничивается сроком вида. Патогенность облигатных паразитов является адаптивным признаком. Их взаимодействие с хозяином носит характер коэволюции. Патогенность факультативных паразитов не придает им большей способности выживать в окружающей среде, не повышает, вероятность выживания их популяций в будущем, а является результатом «недальновидной эволюции» их вирулентности. Так как жизнь или смерть инфицированного теплокровного организма ни чего не значат для поддержания случайного паразита в природе, то его вирулентность не лимитируется необходимостью сохранения жизни своим жертвам. Болезнь может протекать в септической форме и сопровождаться высокой смертностью. Паразитический вид вынужден приспосабливаться к меняющейся среде обитания в рамках той способности к паразитизму, которая была закреплена за ним естественным отбором. Сильное отрицательное давление против высокопатогенных паразитов, использующих первую стратегию паразитизма, вызванное либо небольшой численность хозяина, либо ограниченным диапазоном паразитизма возбудителя, ведет не к становлению его как комменсала, а к его вытеснению из популяции хозяина новым микроорганизмом с другой (второй и/или третьей) стратегией паразитизма.

<~~ Предыдущая глава
Оглавление книги
Следующая глава ~~>