shvarz

Который раз уже приходится объяснять людям, что такое эпидемия (и пандемия). И ведь все-равно не верят.

В бытовом понимании, эпидемия - это когда все подряд болеют и умирают.

Однако посмотрите на определение из медицинского словаря:
Эпидемия - категория интенсивности эпидемического процесса, характеризующаяся уровнем заболеваемости определенной инфекционной болезнью, значительно превышающим обычно регистрируемый на данной территории за аналогичный период.

Во-первых, эпидемия - это вещь относительная. Должно быть "больше, чем обычно". Если обычно во всей стране мы имеем 5-10 случаев какой-либо болезни в год, то 50-100 случаев - это уже эпидемия, несмотря на то, что абсолютное количество случаев невелико.
Во-вторых, сравнивать надо "за аналогичный период". В год может случаться 100 тысяч инфекций, но из них 90 тысяч - зимой, а за остальные вместе взятые месяцы - 10 тысяч. Если вдруг мы видим летом по 30 тысяч инфекций в месяц, то это эпидемия, несмотря на то, что зимой те же 30 тысяч в месяц эпидемией не считаются.
В третьих, эпидемия определяется по количеству инфекций, а не по тому, сколько человек умерло. При эпидемии симптомы инфекции могут быть мягкими, а могут быть тяжелыми - это никак на факте эпидемии не сказывается.
В четвертых, речь идет об "определенной инфекционной болезни". Например, мы считаем не "количество простуд", а "количество простуд, вызванных риновирусами". "Определенность" микроба зависит от возможностей используемой диагностики и от необходимости отличать разные виды микробов. Если мы можем отличить разные штаммы одного микроба, то в ситуации когда штамм А исчез, а вместо него пришел штамм Б - мы имеем эпидемию штамма Б, хотя общее количество инфекций может даже и осталось прежним.

Все вышеперечисленное применимо и к пандемии, только в масштабе всего мира.

За последние два-три года понаоткрывали целую кучу новых нейтрализующих антител широкого спектра действия против ВИЧ. Некоторые из них на порядки мощнее старых и нейтрализуют намного больше разных вариантов ВИЧ. Можно, однако, спросить – для чего они нужны и какая от них польза? Обычно говорят о том, что изучив строение этих антител и их механизмы нейтрализации, мы сможем создать такие вакцины, которые будут вызывать появление подобных антител и предотвращать инфекцию. Но это в будущем, а пока что чем больше мы узнаем об этих антителах, тем лучше становится видна сложность этой задачи. Некоторые ученые, которым не терпится поскорее что-нибудь эдакое замастрячить, думают о том, чтобы просто использовать выделенные антитела по-старинке, для пассивной иммунизации.

При пассивной иммунизации антитела не вырабатываются организмом в ответ на вакцину, а прямо вводятся в организм. Группа нобелевского лауреата, Дэвида Балтимора, решила объеденить этот старинный подход с новейшими технологиями – генной терапией. Они встроили ген антитела VRC01 в вектор, созданный на основе адено-ассоциированного вируса (ААВ) и потом трансформировали этим вектором фибробласты (мышечные клетки) у мышей. ААВ векторы, подобно ретровирусным векторам, позволяют не только доставить нужный ген в клетку, но и встроить его в геном. Модифицированная таким образом клетка производит нужный белок (в данном случае антитела) очень долго. Дополнительным преимуществом ААВ векторов является то, что они (в отличие от ретровирусов) обычно встраиваются в определенное место в геноме, вдалеке от генов, чье нарушение может привести к раку. Балтимор и компания нашли, что концентрацию антител в крови можно варьировать меняя дозу вводимого мышам вектора и что концентрация эта оставалась стабильной как минимум 52 недели после терапии (дальше они не смотрели).

Хорошо, антитела синтезируются, но защищают ли они от инфекции? Мыши, использовавшиеся в этих экспериментах, не имели собственной иммунной системы, но им были подсажены человеческие иммунные клетки, поэтому их можно было заражать ВИЧ (который обычно мышей не заражает). И действительно, мыши, которым ввели ААВ с геном антител, были устойчивы к очень высоким дозам ВИЧ, а обработанные плацебо – легко им заражались. Однако, есть нюанс. ВИЧ мышам вводили инъекцией в брюшную полость и возможно, что у вируса не было возможности попасть в лимфоцит до того, как антитела его инактивировали. При сексуальной трансмиссии вирус обычно сначала размножается в слизистой, куда антитела IgG проникают плохо, а значит в человеке в такой ситуации у вируса может быть шанс научиться их избегать.

В статье Бёртона с компанией антитела тоже использовали пассивно, но с другой стороны от слизистой – их вводили внутрь влагалища обезьянам, а спустя 30 минут туда же вводили вирус. Опять же, антитела защищали от инфекции, а обезьяны с плацебо заражались вирусом. И опять же, антитела IgG обычно не выделяются во внутрь влагалища, так что трудно судить о том, насколько такой метод может быть эффективен.
Интересно, что в этой статье также пытались использовать антитела, которые с вирусом связываются, но не нейтрализуют его. Такие антитела не защищали обезьян от ВИЧ. Из чего авторы сделали вывод, что надо работать именно над нейтрализующими антителами. Однако с моей точки зрения, такой широкий вывод не обоснован и все зависит от того, как именно проводить эксперимент.

Например, давайте посмотрим на эксперименты с вирусом West Nile. Группа Даймонда вводила мышам антитела, которые связывались с вирусом, но не нейтрализовали его. Эти антитела тем не менее защищали мышай от смертельной дозы West Nile. Защита зависила от присутствия в мышах белка комплемента C1q, Fc рецептора CD16 и макрофагов. То есть связывающиеся (но не нейтрализующие) антитела могут инактивировать вирус, но через эти вспомогательные системы, которые присутствуют внутри организма. Если же такие антитела просто наносить на поверхность слизистой, то они работать не будут, что, скорее всего, и объясняет результаты из статьи Бёртона.

В общем, все пути для использования антител (как нейтрализующих, так и не нейтрализующих) пока открыты. Антитела эти используются сейчас в основном для исследования базовых механизмов защиты от вирусов, но генная терапия тоже на месте не стоит и, возможно, принесет плоды даже раньше, чем мы ожидаем.

Какое-то время назад в букинисте прикупил интересную книжку - "The Science of Life" (Наука жизни), написанную Гербертом Уэллсом ("Машина времени", "Человек-невидимка", ит.д.) в соавторстве с его сыном Джорджем и с Джулианом Хаксли (известным эволюционистом, братом Олдоса Хаксли и внуком Томаса Хаксли). Книга написана в 1935 году и своей целью ставит донести до среднего жителя достижения биологических наук того времени на понятном и простом языке.

Интересна книга двумя моментами. Во-первых, очень интересно посмотреть на научпоп на заре его зарождения. Научную составляющую туда привнесли Джордж Уэллс с Хаксли, а "полировал" язык Герберт Уэллс и это чувствуется - написано очень литературно. Во-вторых, конечно очень интересно задним числом рассматривать научные знания того времени и предположения ученых о том, как что работает и что следует исследовать.

Например, вот краткое изложение структуры живой клетки:
Клетка - кусочек протоплазмы без определенной формы, не отделенный ничем видимым от окружающей жидкости, способный менять свою форму.
Цитоплазма - прозрачная стеклоподобная субстанция. В нем находятся:
Блестящие капельки жира, носимые потоками цитоплазмы туда сюда по клетке.
Митохондрии - змееподобные нити, медленно извивающиеся и постоянно меняющие свою длину, иногда разделяющиеся на части, а иногда сливающиеся друг с другом. Движутся сами по себе, иногда против течения цитоплазмы. Состоят из альбумина и жироподобного лецитина. Функция митохондрий неизвестна, но очевидно важна.
Центросфера - структура сбоку от ядра, важная при делении. В центросфере зарождаются митохондрии, и потом выползают из нее в цитоплазму.
Ядро - большая структура, отделенная от цитоплазмы невидимым барьером. Внутри - два ядрышка, постоянно меняющие форму, положение и размер. В остальном ядро заполнено прозрачной жидкостью.
Пигментные палочки - если клетка взята из глаза цыпленка, то в ней можно найти палочки пигмента. Иногда они лежат спокойно, а иногда вдруг начинают носиться по клетке подобно хомячкам, однозначно вопреки пассивному движению цитоплазмы.

Отличная статья от Эдди Холмса (классный мужик), изрядно порушившая мои стереотипы.

Если бы меня, до прочтения этой статьи, спросили - нафига вирусам нужна рекомбинация? - то я бы не задумываясь привел три стандартных причины, которые Эдди разбирает в своей статье:



Во-первых, часть (а), благоприятные мутации (синие точки) возникают случайно и редко, а потому, как правило, оказываются в разных вирусах. Без рекомбинации эти вирусы будут конкурировать между собой пока один из них не победит, таким образом выкинув потенциально-полезную мутацию из генетического пула. Обмен генетической информацией позволяет объединить эти полезные мутации в одном вирусе, который и вытеснит своих "родителей", таким образом распространив обе благоприятные мутации в популяции.

Во-вторых, часть (б), неблагоприятные мутации (красные точки) благодаря случайному дрейфу генов могут существенно распространиться в популяции. Рекомбинация позволяет из двух дефективных геномов создавать нормальное потомство, и таким образом избегать храповик Мёллера (Прим.: во, узнал новое слово - храповик!).

Третья причина (с), является вариантом второй и позволяет ремонтировать физически-поврежденные геномы.

В литературе по популяционной генетике и эволюции под эти три причины подведена серьезная теоретическая база, а в вирусологии есть изрядное количество работ (из которых, правда, большая часть сделана в одной группе), подтверждающих эти теоретические выкладки экспериментально.

Однако теории о пользе рекомбинации и секса пришли в вирусологию из исследований животного мира, в котором секс - это норма, а бесполое размножение является исключением. Если посмотреть на РНК вирусы, как это делают Холмс и Симон-Лориер в свой статье, то ситуация получается обратная - очень многие вирусы не рекомбинируют, и рекомбинация является скорее исключением из правила. Если рекомбинация так важна для вирусной эволюции, то почему она так редка? Ответить на этот вопрос можно вопросом - а так ли она важна? Авторы разбирают вышеприведенные концепции на нескольких примерах и приходят к выводу, что большой необходимости в рекомбинации для РНК вирусов нет. Не скажу, чтобы их рассуждения были такими уж 100% убедительными, но они вполне имеют право на существование.

Особый интерес вызывает их альтернативная теория о том, что рекомбинация на самом деле является побочным эффектом других, более важных, процессов в вирусной репликации. Например, если вирус закодирован в одной цепочке РНК, то ему трудно регулировать относительные количества разных своих белков. Белка А ему может быть нужно в 10 раз больше, чем белка Б. Если разнести гены этих белков на две разных цепочки РНК, то необходимый баланс получить становится намного проще - транслируй одну цепочку в 10 раз сильнее другой. Но где две цепочки, там и возможности по их перемешиванию. У вируса гриппа, вон, семь разных кусочков генома. Когда два разных вируса заражают одну клетку, то в потомстве их кусочки перемешиваются. Согласно теории авторов это происходит не потому, что перемешивание так уж выгодно гриппу (хотя оно часто действительно бывает выгодно), но просто как побочный эффект более важных требований по регуляции количества белков.

Или вот пример более близкий мне - ВИЧ рекомбинирует со страшной силой. Классическая теория утверждает, что это эволюционно-приобретенное свойство, потому что ВИЧ надо быстро эволюционировать и оно ему в этом помогает. Авторы с этим не спорят, но указывают на то, что в ходе обратной транскрипции (копирования РНК в ДНК), вирусной полимеразе приходится два раза "прыгать" с одного конца генома на другой, а значит она должна быть в принципе склонна перескакивать с место на место в процессе репликации и рекомбинация (перескакивание с одной копии генома на другую) может быть побочным эффектом этого ее свойства.

Биомолекула проводит конкурс научно-популярных статей:



Три категории: обзорная статья, новостное сообщение и пресс-релиз по теме своей работы. С призами. Правила по ссылке. Меня позвали в жюри и я, конечно, согласился. Думаю будет интересно, так что советую поучаствовать или как минимум заходить к ним почаще - читать конкурсные работы.

С регулярной периодичностью спрашивают у меня, "что стоит почитать научно-популярного по вирусам/мол-биологии/генетике?" А я понятия не имею, я сам науч-поп то практически не читаю. Тем более на русском языке (разве что вот ЖЖ разных ученых, но речь не об этом). За последние два дня спросили три раза. Пора с этим что-то делать:
Кто может порекомендовать какие хорошие науч-поп книги? Кидайте в комменты, помогите составить список "для чайников".

В февральском Nature Reviews Microbiology обнаружилась отличная обзорная статья о ситуациях, в которых вирусы приносят пользу своим хозяевам. Очень хорошо написана и приведены интересные примеры, к которым я еще возможно вернусь, а пока лишь ограничусь общим списком упомянутых там вирусных стратегий.

1. Причисление первой стратегии к этому списку является, строго говоря, жульничеством. Некоторые вирусы навсегда встраиваются в ДНК хозяина и остаются в ней навсегда, передаваясь из поколения в поколение, но уже не распространяясь горизонтально (т.н. эндогенные вирусы). По сути дела они таким образом уже перестают быть вирусами, а становятся частью хозяина, и неудивительно, что они действуют в его пользу. Обычно такие вирусы несут в себе копии дефектных вирусных белков. Если в клетку попадает родственный вирус (настоящий, патогенный), то эти дефектные белки мешают ему размножаться, суют палки в колеса. Среди ретровирусов довольно много таких случаев, а также среди вирусов растений.


2. Второй вариант более интересен. После инфекции хозяина, вирус переходит в латентную форму и никак себя не проявляет (или проявляет, но не наносит большого вреда хозяину). При этом вирус несет в себе системы, которые предотвращают инфекцию хозяина другими (обычно схожими) вирусами. Таким образом он может защищать хозяина от более патогенных форм. Многочисленные примеры таких вирусов можно найти среди фагов (вирусов бактерий). Пока клетка-хозяин находится в благоприятных условиях, фаг не трогает ее и "размножается" за счет размножения бактерии (каждая дочерняя клетка наследует и фаг). Когда же условия ухудшаются, то он использует все клеточные ресурсы чтобы создать как можно больше своих копий, и разрушает бактерию.


3. Инфекции некоторыми слабопатогенными вирусами могут приносить пользу хозяину, активируя его защитные механизмы. Соответственно, хозяин получает пользу от них лишь в некоторых условиях, когда эта активация действительно необходима. Например, инфекция таким вирусом может активировать иммунную систему и предотвратить инфекцию более патогенным паразитом. Так, например, мыши зараженные мышиным цитомегаловирусом менее подвержены заражению чумой. Отличие этого варианта от варианта номер два заключается в том, что тут вирус не несет в себе никаких активных защитных систем, он лишь активирует защитные системы хозяина, а потому эффект менее специфичен. Активация вирусом стрессовых систем может помогать растениям переживать стрессовые ситуации, вроде засухи или заморозков. В нормальных условиях такие вирусы вредны для хозяина, но в стрессовых оказываются полезны.


4. Четвертая стратегия на самом деле не является вирусной стратегией, но является результатом ко-адаптации вируса и хозяина. Такая адаптация ведет к установлению баланса между хозяином и паразитом, смягчающего патогенность паразита. Если хозяин попадает в новую среду, где он вынужден конкурировать с другим видом, который не встречал ранее этого паразита, то паразит оказывается "биологическим оружием" против конкурента. Пример, я думаю, всем известен - массовая смерть индейцев в Америках после прихода европейцев. Оспа, грипп и даже вирусы обыкновенной простуды вызвали высокую смертность в популяциях, которые ранее не встречали эти вирусы. Схожие примеры есть среди фагов, дрожжей, растений и животных.


5. Иногда вирусы напрямую несут в себе функции, полезные для хозяина. Они могут кодировать какой-либо белок, полезный хозяину, или регулировать функции хозяина каким-либо образом, добиваясь полезного эффекта. Одним из удивительных примеров является вирус, который позволяет определенном грибку расти при температуре выше 50 градусов Цельсия. Симбиоз этого грибка с определенным видом травы, в свою очередь, позволяет и траве расти при такой высокой температуре, в почве около геотермальных источников в Йеллоустонском Национальном Парке. Механизм устойчивости к температуре, правда, еще не известен, но точно известно, что он зависит от вируса.


6. Многие вирусы имеют две стадии - инфекция постоянного хозяина и инфекция хозяина-переносчика. В таких ситуациях вирусу может быть выгодно вредить одному из хозяев с тем, чтобы помочь другому. Например, вирус TbSCV инфицирует и табак и мушку, которая питается листьями табака. Вирус увеличивает плодовитость и срок жизни мушки, что вредит его второму хозяину - табаку. Еще пример: предполагается, что вирус Rift Valley fever нарушает механизмы регуляции кровообращения в хозяине-млекопитающем для того, чтобы комарам было проще находить подкожные кровяные сосуды. Токсины, ответственные за патогенность дифтерии и холеры, кодируются и переносятся фагами, которые превращают безвредные бактерии в патогенные, вызывающие серьезные болезни у людей и других животных. С точки зрения бактерий, это очень даже полезные фаги.

Стоит заметить, что хотя на сегодняшний день данные ситуации рассматриваются скорее как интересные курьезы, вполне вероятно, что в скором времени ситуация перевернется и непатогенные вирусы будут нормой, а патогенные - исключениями из правил. До сих пор фокус исследований был на последних, потому что они более заметны и наносят большой вред. Но секвинирование образцов из кишечника показывает, что в каждом из нас в любое время можно найти от 10 до 40 вирусов (и это только из известных семейств), а мы при этом ощущаем себя вполне здоровыми.

Вирусы, конечно, удивительны своим разнообразием стратегий существования и, на мой взгляд, благодаря этому вирусологи во многих случаях имеют преимущество перед прочими биологами. Мало в каких еще областях биологии настолько очевидна размытость границ биологических "законов", относительность понятий "индивидуум", "популяция", "адаптация", "генотип", "мутант" и т.п.

Австралийцы круты. Уже дважды они успешно пользовались биометодами контроля вредных животных и сейчас собираются попробовать еще раз.
Сначала к ним завезли зловредную опунцию, которая разрослась и всем мешала жить. В 1925 году австралийцы завезли к себе из Южной Америки специальную моль, которая выжрала почти всю опунцию и которой за это даже памятник поставили.
Потом у них случилась проблема с кроликами, которых тоже завезли для пользы дела, но которые расплодились необычайно и никому житья не давали. Австралийцы завезли к себе из Европы вирус миксомы (я о нем уже писал), который выкосил кроликов и с тех пор удерживает их численность на примелемом уровне.
А сейчас они решили биологическими методами бороться с инфекционными болезнями, переносимыми комарами. Они решили занести в популяцию комаров очень интересную бактерию вольбахия, которая очень быстро распространяется в популяции и контролирует у хозяина пол его потомства (тоже об этом писал). Оказывается инфекция вольбахией делает комара устойчивым к целому ряду болезней: лихорадке Денге, чикунгунья вирусу, филяриозу и даже малярии. Комаров будут заражать вольбахией в лаборатории, а потом выпускать на волю, в надежде, что вольбахия начнет сама распространяться в популяции.

Забавная игрушка
Загружает настоящие ДНК последовательности разных видов животных, представляет нуклеотиды в виде цветных квадратиков и предлагает их выровнять вручную. Задача - сделать это лучше компьютера за отведенное время.



Советую пройти Tutorial и прочитать FAQ, чтобы понять как именно начисляются баллы. Вкратце: По выровняным последовательностям вычисляется общий предок, последовательности сравниваются с ним (не между собой!). За совпадение дают +1 балл, за несовпадение -1 балл, за дырку длиной в один нуклеотид -5 баллов, за каждую следующую дырку рядом -1 балл. Дырки считаются как в центре, так и по краям (я это не сразу понял, но постфактум понятно, почему так сделано). В общем, несколько сложно, но когда разберешься становится довольно интересно. Я частенько выравниваю лучше компьютера.

Утверждается, что результаты всех этих выравниваний потом будут собраны и загружены обратно в базу данных, так что вроде как эти игры принесут некую реальную пользу науке, но это все фигня на мой взгляд. Но поиграть все равно интересно, затягивает.

Компания Visual Science сделала потрясающую модель ВИЧ. Потрясающую не только своей красотой, но и тем, что она отражает самые последние открытия относительно того, как устроен этот вирус.
Модель с подписями и зумом
Модель, которую можно крутить на 360 градусов

Отдельное спасибо Юрию Стефанову (biotinilated), привлекшему меня к этому проекту. Я им слегка помог с наукой, поэтому они мне дали почетное звание "консультанта".