Куда более распространенное нарушение возникает, когда ВПЧ удается надолго закрепиться в эпителии. Тогда он не отшелушивается через несколько месяцев, а образует агрессивную массу инфицированных клеток, которая перерождается в опухоль. Хотя чаще всего ВПЧ вызывает рак шейки матки, это случается и с другими тканями – вирус способен также вызывать опухоли вагины, пениса и глотки.
Однако с большинством своих хозяев папилломавирусы поддерживают мирное сосуществование, причем вот уже более 400 млн лет. Ученые обнаружили сотни видов папилломавирусов, поражающих других животных – не только млекопитающих, но и птиц, рептилий, даже рыб. Генетические различия, накопившиеся в ветвях родословного древа папилломавируса, огромны. Все данные указывают на то, что наши водные предки уже были заражены этим вирусом. Пока они давали начало различным группам животных, папилломавирусы приспосабливались к меняющейся биологии своих хозяев.
У приматов – той ветви эволюционного древа, к которой принадлежим и мы, – можно проследить параллельные пути эволюции вируса и его хозяев. Примерно 40 млн лет назад предки обезьян, обитающих в Центральной и Южной Америке, отделились от предков мартышек и человекообразных Африки, Европы и Азии. Папилломавирусы ныне живущих приматов демонстрируют такое же размежевание. Например, наши папилломавирусы генетически ближе к вирусам павианов из Кении, чем к вирусам обезьян-ревунов Амазонии.
Около 7 млн лет назад эволюционная ветвь, идущая к людям, отделилась от шимпанзе и других человекообразных. Наши предки стали ходить на двух ногах, использовать орудия труда и распространились на обширной территории Африки. Примерно полмиллиона лет назад наша линия разделилась на две. Одна ветвь вышла из Африки и дала начало неандертальцам и еще одной сходной группе людей – денисовцам. Оставшиеся в Африке около 300 000 лет назад дали начало нашему виду. Лишь позднее, приблизительно 60 000 лет назад, предки неафриканских народов распространились из Африки в Азию, Австралию и Европу. Неандертальцы и денисовцы тысячи лет сосуществовали с современными людьми и окончательно вымерли только около 40 000 лет назад. Наша ДНК содержит летопись этого сосуществования. Небольшая доля нашего генетического материала совпадает с ДНК неандертальцев и денисовцев, обнаруженной в их ископаемых остатках.
Лучшее объяснение этого совпадения состоит в том, что современные люди скрещивались с неандертальцами и денисовцами до их вымирания. Это объяснение помогает разобраться и в некоторых странных закономерностях генетики наших папилломавирусов. Определенные штаммы вируса, распространенные в наше время за пределами Африки, редко встречаются среди африканцев. Однако у этих неафриканских вирусов есть специфические мутации, указывающие на их происхождение от древних линий, возникших задолго до расселения человечества из Африки. По-видимому, современные люди заразились ВПЧ, занимаясь сексом с неандертальцами и денисовцами, и с тех пор передают эти патогены из поколения в поколения вот уже десятки тысяч лет.
Однако остается загадкой главная особенность эволюции ВПЧ: как вирус приобрел способность вызывать у людей смертельные раковые заболевания. Рога, отрастающие у кроликов по вине папилломавирусов, смотрятся жутковато, но они доброкачественные. Вероятно, за пределами нашего вида, частота злокачественных перерождений, связанных с вирусом, существенно меньше. Кроме того, за большинство случаев рака у людей отвечают лишь немногие из известных штаммов ВПЧ. Почему они превращают клетки эпителия в раковые – на этот вопрос еще предстоит ответить.
Пусть даже пока нам многое неизвестно о ВПЧ, мы знаем уже достаточно, чтобы иметь возможность сделать нечто прежде немыслимое: искоренить один вид рака с помощью прививки. Когда речь идет о предотвращении рака, нам привычнее слышать советы не курить или избегать химических мутагенов. Но после того, как ученые обнаружили канцерогенный потенциал ВПЧ, они поняли, что его можно остановить. В 1990-е гг. началась разработка вакцины на основе белков из капсида ВПЧ. У вакцинированных иммунная система активно атакует ВПЧ до того, как он запускает перерождение зараженных клеток эпителия в раковые. Клинические испытания продемонстрировали, что вакцина обеспечивает практически полную защиту от двух наиболее распространенных канцерогенных штаммов вируса. В 2006 г. вакцины от ВПЧ были одобрены к применению.
Австралия быстро запустила первую государственную программу в 2007 г., и вскоре там было привито 70 % мальчиков и девочек 12–13 лет. За три года количество предраковых новообразований шейки матки у австралийских девушек до 18 лет сократилось на 38 %. В Шотландии исследование 2019 г. показало, что вакцинация сократила число тяжелых случаев опухолей на 89 %. В странах с последовательными государственными программами вакцины против ВПЧ продемонстрировали такую эффективность, что, вероятно, в ближайшие годы на территории этих стран заболевание будет полностью побеждено. Увы, есть много других стран – и в их числе богатейшая страна мира, США, – которые плетутся в хвосте. Тысячи женщин заболевают вирусным раком, который можно было предотвратить.
Возможно, в будущем мы победим и другие формы рака благодаря специальным вакцинам. Исследования показывают, что ВПЧ не единственный вирус, способный вызывать рак. Так, поражающие печень вирусы гепатитов способны приводить к раку печени, а вирус Эпштейна – Барр может вызывать опухоли пищевода и желудка. Всего, по оценкам ученых, 11 % случаев рака вызвано вирусами – и все они потенциально предотвратимы с помощью прививок.
Но даже если прививать всех девочек-подростков, рак шейки матки может не исчезнуть окончательно. В конце концов, вакцина против ВПЧ направлена лишь против двух штаммов, вызывающих основную долю опухолей. Ученые выделили еще 13 канцерогенных штаммов ВПЧ и, скорее всего, будут открывать новые. Если прививки резко сократят численность двух наиболее успешных штаммов, естественный отбор вполне может поспособствовать эволюции других штаммов, которые займут их место. Никогда не стоит недооценивать эволюционные творческие способности вируса, умеющего превращать кроликов в кроленей, а людей в деревья.
Везде и во всем
Враг нашего врагаБактериофаги как лекарство на основе вируса
К началу XX в. ученым было известно о вирусах несколько важных вещей. Они знали, что вирусы – инфекционные агенты невообразимо малых размеров. Знали, что определенные вирусы вызывают определенные заболевания вроде табачной мозаики или бешенства. Но вирусология, молодая наука, все еще оставалась узконаправленной. Она сосредоточивала внимание в основном на вирусах, больше всего досаждавших человечеству – вызывающих болезни у людей, а также у сельскохозяйственных культур и скота, от которых зависели люди. Вирусологов редко интересовало что-то за пределами сферы наших непосредственных интересов. Но в годы Первой мировой войны два врача сумели приоткрыть окошко в более обширную вселенную вирусов, в которой мы живем.
Эту вселенную в 1915 г. Фредерик Туорт открыл для себя, можно сказать, случайно. На тот момент он искал более простой способ получения вакцин от оспы. В начале XX в. стандартная вакцина от этого заболевания содержала относительно безопасного родича вируса натуральной оспы, называемого вакцинией. Когда врачи вводили вакцинию людям, их иммунная система вырабатывала антитела, обезвреживающие не только коровью оспу, но и натуральную. Туорт решил проверить, сможет ли он выращивать вирус коровьей оспы в больших количествах, заражая культуры клеток в чашках Петри.
Его опыты окончились неудачей: попавшие в чашки бактерии погубили его клеточные культуры. Но огорчение Туорта не помешало ему заметить кое-что необычное. Он обратил внимание, что колонии бактерий, заполонившие его чашки, испещрены стекловидными пятнышками. Под микроскопом Туорт разглядел, что пятна усеяны погибшими микробами. Он собрал крошечные капельки со стекловидных участков и перенес их в живые бактериальные колонии. За считаные часы образовались новые стекловидные пятна с новыми мертвыми бактериями. Но когда Туорт повторил то же самое с другим видом бактерий, никаких пятен не появилось.
Туорт сумел придумать лишь три объяснения тому, что наблюдал. Это могла быть какая-то необычная особенность жизненного цикла данных бактерий. Или бактерии могли совершить самоубийство, выделяя смертельные ферменты. В третью возможность было поверить труднее всего: вероятно, Туорт открыл вирус, уничтожающий бактерии.
Туорт опубликовал свои результаты, перечислил три варианта и на этом оставил вопрос открытым. Но спустя два года врач канадского происхождения Феликс д'Эрелль независимо сделал то же открытие и понял, что он в действительности открыл.
В 1917 г. д'Эрелль состоял в должности военного врача и лечил французских солдат, умиравших от дизентерии. Дизентерия вызывает опасный для жизни понос; ее возбудители – бактерии из рода шигелл. Современные врачи умеют лечить дизентерию и другие бактериальные инфекции антибиотиками, но эти препараты появились лишь спустя десятилетия после Первой мировой войны. Д'Эрелль был в отчаянии оттого, что не мог помочь своим пациентам. Чтобы лучше узнать своего врага, д'Эрелль занялся изучением диареи.
Он пропустил фекалии солдат сквозь тонкопористые фильтры, задерживавшие шигеллы и любые другие бактерии, содержавшиеся в них. Сквозь поры могли пройти лишь вирусы и отдельные молекулы. Получив прозрачную, свободную от бактерий жидкость, д'Эрелль смешал ее со свежим образцом шигелл и высеял смесь бактерий и чистой жидкости в чашках Петри. Шигеллы пошли в рост, но через несколько часов д'Эрелль заметил, что в колониях стали образовываться стекловидные бляшки.
Д'Эрелль взял образцы с бляшек и снова подмешал их к шигеллам. В чашках образовались новые бляшки. Д'Эрелль заключил, что перед ним миниатюрные поля боя, где вирусы убивают шигеллы и оставляют на своем пути полупрозрачные трупики.