Как приобретенный иммунитет позвоночных определяет эволюцию их вирусных патогенов?

Отпочковывание вирионов HIV-1 (вируса иммунодефицита человека) от зараженной Т-клетки, раскрашенный снимок ПЭМ. (Источник: ScienceSourceimages, с изменениями)

На сегодняшний день учёными описаны тысячи видов вирусов, многие из которых являются патогенами позвоночных животных. Учитывая, что позвоночные обладают сложными, многокомпонентными и в то же время высокоспецифичными адаптивными иммунными системами, способными запоминать патогены на долгие годы, взаимодействие с такими системами теоретически должно быть одним из важнейших факторов, влияющих на ход эволюции вирусов. Обзорная статья посвящена тому, как приобретенный иммунитет (будь он постинфекционный или вакцинальный) влияет на важнейшие медицинские характеристики вирусных патогенов – трансмиссивность, инфекционность и вирулентность, а также на их антигенность. В обзоре рассмотрены как описанные в литературе реальные примеры эволюции вирусов в иммунизированных популяциях позвоночных, так и теоретические статьи и результаты математического моделирования. Отдельное внимание уделено пандемии SARS-CoV-2. В конце обзора даются методические рекомендации по созданию вакцин и проведению вакцинационных кампаний в свете эволюционной проблематики.

Обзор посвящен проблематике адаптации вирусов к иммунизированным носителям. Он начинается с введения в общую логику системы – даются определения ключевых эпидемиологических понятий, таких как трансмиссивность (способность патогена передаваться между носителями), инфекционность (способность заражать новых носителей) и вирулентность (способность наносить вред своему носителю), обсуждается баланс оптимальной вирулентности и процессы, которые его определяют. Даются определения «совершенного» и «несовершенного» иммунитета. Постулируются две ключевые, не противоречащие друг другу в общем случае адаптационные стратегии вирусов в иммунизированных популяциях – стратегия «избегания» (представленная в первую очередь антигенным убеганием – таким эволюционным изменением антигенности вируса, что имеющийся у хозяев иммунитет перестает его узнавать) и стратегия «борьбы» (эволюционные изменения вируса, позволяющие ему активно подавлять иммунитет хозяев и интенсивнее реплицироваться, нанося дополнительный ущерб организму). В конце этого раздела делается вывод, что «несовершенная» иммунизация, не опускающая R0 (базовое репродуктивное число) патогена ниже 1, способна, в ряде случаев, приводить к эволюционному наращиванию вирулентности патогена.

Следующая часть статьи посвящена обзору известных в литературе примеров эволюции вирусов в иммунизированных популяциях – вирусам болезни Марека (MDV), кошачьего калицивироза (FCV), инфекционного бронхита птиц (IBV) и других. Пути эволюции вирусов разнообразны – в то время как эволюция одних вирусов (например, MDV) идет по пути наращивания вирулентности в ответ на усиление иммунного ответа хозяев, эволюция других (например, IBV) – по пути антигенного убегания, а иногда вирус идет по обоим путям сразу, поскольку они в общем случае друг другу не противоречат. Важным выводом является то, что предсказать путь a priori, из общих соображений – весьма затруднительно, потому что всё зависит от генетической архитектуры вируса и от непосредственных взаимодействий вируса с иммунитетом хозяев.

Далее описывается современное состояние математического моделирования в эволюционной эпидемиологии. Хотя имеющиеся модели могут навести на ряд важных выводов и концепций, чрезвычайная сложность системы затрудняет создание достаточно полных моделей, учитывающих максимальное количество экологических, эволюционных и клинических факторов. Предложены некоторые подходы к решению данной проблемы. Так же в данном разделе освещается филодинамический подход к эволюционной эпидемиологии, суть которого состоит в том, что форма филогенетических деревьев вирусов отражает их эпидемиологические характеристики и структуру популяций хозяев. Освещается концепция зоны «иммунной Златовласки», названная так по аналогии с астрономической «зоной Златовласки» – идея о том, что максимальная адаптация вирусов к иммунизированным носителям достигается при промежуточной иммунизации носителей (то есть промежуточной силе их иммунитета), поскольку при отсутствии иммунизации вообще не будет достаточного давления отбора, а при полной иммунизации будет слишком низка вирусная нагрузка.

Один из последних разделов посвящен пандемии SARS-CoV-2/COVID-19. Помимо освещения и попытки объяснения необычных характеристик патогена, резко выделяющих его среди других ОРВИ (например, чрезвычайно низкой детской смертности от вызываемого им заболевания), в обзоре описываются ключевые аспекты эволюции SARS-CoV-2, а также особенности штаммов Дельта и Омикрон, каждый из которых оказался серьезной вехой в эволюционной и эпидемиологической истории вируса, причем значительного увеличения трансмиссии они достигли совершенно разными путями.

В заключительной, следующей перед основными выводами части обзора даются некоторые рекомендации к разработке вакцин и проведению вакцинационных кампаний, основанные на предыдущих разделах обзора.

В финале отмечается, что практическая (в первую очередь – медицинская и ветеринарная) эволюционная проблематика требует большего внимания от научного сообщества, чем ей уделяется в настоящее время. Причем внимание ей должны уделить как специалисты из практических областей (медики, ветеринары, биотехнологи и т.д.), так и теоретики-эволюционисты, поскольку для развития любой молодой научной области требуется синтез теории и практики.