At a Maryland country fair in 2017, the prize pigs were not looking their best. Farmers reported feverish hogs with inflamed eyes and running snouts. But while fair officials worried about the pigs, the Maryland department of health was concerned about a group of sick fairgoers. Some had pet the pigs, while others had merely been near their barns; but soon, 40 of these attendees would be diagnosed with swine flu. More often than not, sick animals don’t infect humans. But when they do, these cross-species infections, or viral host jumps, have the potential to produce deadly epidemics. So how can pathogens from one species infect another, and what makes host jumps so dangerous?
В 2017 году на сельскохозяйственной выставке в штате Мэриленд премированные свиньи выглядели не самым лучшим образом. Фермеры жаловались, что у свиней лихорадка, воспалённые глаза и выделения из рыл. Но пока устроители ярмарки лечили свиней, в департамент здравоохранения Мэриленда сообщили о заболевших посетителях ярмарки. Кто-то гладил свиней, а кто-то просто находился рядом с вольерами, но вскоре у 40 посетителей диагностировали свиной грипп. В большинстве случаев больные животные не представляют опасности для людей. Но когда заражение происходит, то межвидовая инфекция, или межвидовая миграция вирусов, потенциально может вызвать смертоносные эпидемии. Каким же образом патогены от одного вида заражают другой
Viruses are a type of organic parasite infecting nearly all forms of life. To survive and reproduce, they must move through three stages: contact with a susceptible host, infection and replication, and transmission to other individuals. As an example, let’s look at human influenza. First, the flu virus encounters a new host and makes its way into their respiratory tract. This isn’t so difficult, but to survive in this new body, the virus must mount a successful infection before it’s caught and broken down by an immune response. To accomplish this task,
и почему так опасна межвидовая миграция вирусов? Вирусы — органические молекулы-паразиты, способные заражать почти все формы жизни. Чтобы выжить и размножиться, им необходимо пройти через три стадии: контакт с восприимчивым хозяином, заражение и воспроизведение и распространение на другие организмы. В качестве примера рассмотрим вирус гриппа человека. Вначале грипп находит нового хозяина и проникает в его организм через дыхательные пути. Это несложно, но чтобы выжить в новом организме, вирус должен закрепиться в виде заражения, прежде чем его обнаружит и разрушит иммунная реакция. Чтобы справиться с этим заданием,
viruses have evolved specific interactions with their host species. Human flu viruses are covered in proteins adapted to bind with matching receptors on human respiratory cells. Once inside a cell, the virus employs additional adaptations to hijack the host cell’s reproductive machinery and replicate its own genetic material. Now the virus only needs to suppress or evade the host’s immune system long enough to replicate to sufficient levels and infect more cells. At this point, the flu can be passed on to its next victim via any transmission of infected bodily fluid.
вирусы выработали определённые взаимодействия с организмом хозяина. Вирус гриппа человека покрыт белками, которые научились вступать в реакцию с нужными рецепторами дыхательных клеток. Попав в клетку, вирус задействует дополнительные приспособления для взлома репродуктивного аппарата клетки хозяина и размножения собственного генного материала. Вирусу только остаётся подавлять или прятаться от иммунной системы хозяина, пока он достаточно не размножится, чтобы заразить больше клеток. На данной стадии грипп может передаваться новой жертве, в основном воздушно-капельным путём.
However, this simple sneeze also brings the virus in contact with pets, plants, or even your lunch. Viruses are constantly encountering new species and attempting to infect them. More often than not, this ends in failure. In most cases, the genetic dissimilarity between the two hosts is too great. For a virus adapted to infect humans, a lettuce cell would be a foreign and inhospitable landscape. But there are a staggering number of viruses circulating in the environment, all with the potential to encounter new hosts. And because viruses rapidly reproduce by the millions, they can quickly develop random mutations. Most mutations will have no effect, or even prove detrimental; but a small proportion may enable the pathogen to better infect a new species. The odds of winning this destructive genetic lottery increase over time, or if the new species is closely related to the virus’ usual host. For a virus adapted to another mammal, infecting a human might just take a few lucky mutations. And a virus adapted to chimpanzees, one of our closest genetic relatives, might barely require any changes at all.
При простом чихании вирус входит в контакт с питомцами, растениями и даже с вашим завтраком. Вирусы постоянно встречаются с новыми видами и пытаются заразить их. В большинстве случаев им это не удаётся. Чаще всего генетическое несходство между двумя хозяевами слишком велико. Для вируса, приспособившегося заражать людей, клетка салата является чуждой и неблагоприятной средой. Но нас окружает ошеломляющее число вирусов, поэтому находятся различные вирусы, способные поражать новых хозяев. И поскольку вирусы мгновенно размножаются миллионами, то так же мгновенно возникают случайные мутации. Большинство мутаций не имеют воздействий и даже пагубны для самого вируса, но небольшая их часть может помочь патогенам лучше заражать новые виды. Шансы выиграть в этой разрушительной генетической лотерее возрастают со временем или если новый вид находится в тесной взаимосвязи с обычным хозяином. Вирусу, приспособившемуся к млекопитающим, на заражение человека потребуется всего лишь несколько удачных мутаций. А вирусу, поражающему шимпанзе,
It takes more than time and genetic similarity
наиболее генетически родственный нам вид, и вовсе не потребуется никаких изменений.
for a host jump to be successful. Some viruses come equipped to easily infect a new host’s cells, but are then unable to evade an immune response. Others might have a difficult time transmitting to new hosts. For example, they might make the host’s blood contagious, but not their saliva. However, once a host jump reaches the transmission stage, the virus becomes much more dangerous. Now gestating within two hosts, the pathogen has twice the odds of mutating into a more successful virus. And each new host increases the potential for a full-blown epidemic.
Но, чтобы осуществить успешную межвидовую миграцию, понадобятся не только время и генетическое сходство. Некоторые вирусы приспособились легко заражать клетки нового хозяина, но затем не в состоянии избежать иммунной реакции. Другим сложнее мигрировать к новым хозяевам. Например, они способны заражать только кровь хозяев, но не их слюну. Тем не менее как только межвидовая миграция подходит к стадии передачи, вирус становится намного опаснее. Вынашиваемый уже двумя хозяевами, патоген имеет вдвое больше шансов на успешную вирусную мутацию. И с каждым новым хозяином потенциал полномасштабной эпидемии всё возрастает.
Virologists are constantly looking for mutations that might make viruses such as influenza more likely to jump. However, predicting the next potential epidemic is a major challenge.
Вирусологи постоянно ищут мутации, которые позволят таким вирусам, как грипп, легче мигрировать. Прогнозирование потенциальных эпидемий в будущем — серьёзная задача.
There’s a huge diversity of viruses that we’re only just beginning to uncover. Researchers are tirelessly studying the biology of these pathogens. And by monitoring populations to quickly identify new outbreaks, they can develop vaccines and containment protocols to stop these deadly diseases.
Существует огромное разнообразие вирусов, которое мы только начинаем изучать. Учёные не покладая рук исследуют биологические процессы патогенов. Благодаря мониторингу популяций и быстрому обнаружению новых вспышек вирусов можно разрабатывать вакцины и меры по сдерживанию этих опасных болезней.