Эмерджентный вирус (или эмерджентный вирус ) — это вирус , который либо появился недавно, заболеваемость / географический ареал которого заметно увеличивается , либо имеет потенциал для увеличения в ближайшем будущем. [1] Эмерджентные вирусы являются основной причиной возникновения новых инфекционных заболеваний и создают проблемы общественного здравоохранения во всем мире, учитывая их потенциал вызывать вспышки заболеваний, которые могут привести к эпидемиям и пандемиям . [2] Эмерджентные вирусы не только вызывают болезни , но и могут иметь серьезные экономические последствия. [3] Недавние примеры включают связанные с атипичной пневмонией коронавирусы , которые вызвали вспышку атипичной пневмонии ( SARS -CoV-1 ) в 2002–2004 годах и пандемию COVID-19 ( SARS-CoV-2 ) в 2019–2023 годах . [4] [5] Другие примеры включают вирус иммунодефицита человека , вызывающий ВИЧ/СПИД ; вирусы, ответственные за Эболу ; [6] вирус гриппа H5N1 , вызывающий птичий грипп ; [7] и H1N1/09 , вызвавшие пандемию свиного гриппа в 2009 году [8] (ранее возникший штамм H1N1 вызвал пандемию испанского гриппа в 1918 году ). [9] Появление вируса у людей часто является следствием зооноза , который включает в себя межвидовую передачу вирусного заболевания человеку от других животных. Поскольку зоонозные вирусы существуют в животных-резервуарах , их гораздо труднее искоренить, и поэтому они могут вызывать стойкие инфекции в популяциях людей. [10]
Эмерджентные вирусы не следует путать с вновь появляющимися вирусами или вновь обнаруженными вирусами. Вновь возникшим вирусом обычно считается ранее появившийся вирус, который переживает возрождение, [1] [11] например , корь . [12] Недавно обнаруженный вирус — это ранее нераспознанный вирус, который циркулировал среди данного вида как эндемичная или эпидемическая инфекция. [13] Недавно обнаруженные вирусы, возможно, не были классифицированы, поскольку они не оставили никаких отличительных признаков и/или не могли быть выделены или размножены в клеточной культуре . [14] Примеры включают риновирус человека (основная причина простудных заболеваний, впервые выявленный в 1956 году), [15] гепатит С (в конечном итоге выявленный в 1989 году), [16] и метапневмовирус человека (впервые описанный в 2001 году, но предположительно вызывающий циркулирует с XIX века). [17] Поскольку обнаружение таких вирусов осуществляется с помощью технологий, их число, вероятно, будет расти.
Учитывая редкость спонтанного развития новых видов вирусов, наиболее частой причиной возникновения эмерджентных вирусов у человека является зооноз . По оценкам, на это явление приходится 73% всех возникающих или вновь появляющихся патогенов , причем вирусы играют непропорционально большую роль. [18] РНК-вирусы встречаются особенно часто: на их долю приходится 37% новых и вновь возникающих патогенов. [18] Широкий спектр животных , включая диких птиц, грызунов и летучих мышей , связан с зоонозными вирусами. [19] Невозможно предсказать конкретные зоонозные явления, которые могут быть связаны с конкретным животным-резервуаром в любой момент времени. [20]
Зоонозное распространение может привести либо к самоограничивающимся «тупиковым» инфекциям, при которых дальнейшая передача от человека к человеку не происходит (как в случае с вирусом бешенства ) [21] , либо к инфекционным случаям, при которых зоонозный патоген способен для поддержания передачи вируса от человека к человеку (как в случае с вирусом Эбола ). [6] Если зоонозный вирус способен поддерживать успешную передачу от человека к человеку, может возникнуть вспышка . [22] Некоторые побочные эффекты также могут привести к тому, что вирус адаптируется исключительно для заражения человека (как это произошло с вирусом ВИЧ ), [23] и в этом случае люди становятся новым резервуаром для возбудителя.
Успешный зоонозный «прыжок» зависит от контакта человека с животным, несущим вариант вируса, способный заразить человека. Чтобы преодолеть ограничения по кругу хозяев и обеспечить эффективную передачу вируса от человека к человеку, вирусы, происходящие из животного резервуара, обычно подвергаются мутациям , генетической рекомбинации и реассортации . [20] Благодаря быстрой репликации и высокой частоте мутаций РНК-вирусы с большей вероятностью успешно адаптируются к вторжению в новую популяцию хозяев. [3]
Хотя летучие мыши являются важными членами многих экосистем, [24] они также часто являются частыми источниками новых вирусных инфекций. [25] Их иммунная система развилась таким образом, чтобы подавлять любую воспалительную реакцию на вирусные инфекции, что позволяет им стать толерантными хозяевами к развивающимся вирусам и, следовательно, обеспечивать основные резервуары зоонозных вирусов. [26] Они связаны с большим количеством зоонозных вирусов на вид хозяина, чем любое другое млекопитающее, а молекулярные исследования показали, что они являются естественными хозяевами для нескольких громких зоонозных вирусов, включая коронавирусы, связанные с тяжелым острым респираторным синдромом , и геморрагическую болезнь Эбола / Марбург. филовирусы лихорадки. [27] С точки зрения потенциального распространения событий, летучие мыши взяли на себя ведущую роль, ранее отведенную грызунам. [26] Вирусы могут передаваться от летучих мышей несколькими способами, включая укусы, [28] аэрозолизацию слюны (например, во время эхолокации ) и фекалий/мочи. [29]
Из-за своей особой экологии и поведения летучие мыши, естественно, более восприимчивы к вирусным инфекциям и их передаче. Некоторые виды летучих мышей (например, бурые летучие мыши) собираются в скоплениях, что способствует внутри- и межвидовой передаче вируса. Более того, поскольку летучие мыши широко распространены в городских районах, люди время от времени вторгаются в их среду обитания, загрязненную гуано и мочой. Их способность летать и характер миграции также означают, что летучие мыши способны распространять болезни на большой географической территории, а также приобретать новые вирусы. [30] Кроме того, летучие мыши страдают от стойких вирусных инфекций, что в сочетании с их чрезвычайной продолжительностью жизни (продолжительность жизни некоторых видов летучих мышей составляет 35 лет) помогает сохранять вирусы и передавать их другим видам. Другие характеристики летучих мышей, которые способствуют их эффективности в качестве вирусных хозяев, включают: выбор ими пищи, привычки к оцепенению / гибернации и восприимчивость к повторному заражению. [30]
Появление вируса часто является следствием как природы, так и деятельности человека . В частности, экологические изменения могут значительно способствовать появлению и повторному появлению зоонозных вирусов. [31] Такие факторы, как вырубка лесов , лесовосстановление , фрагментация среды обитания и ирригация , могут влиять на то, как люди вступают в контакт с видами диких животных, и, следовательно, способствовать появлению вируса. [3] [32] В частности, потеря среды обитания резервуарных видов-хозяев играет значительную роль в возникновении зоонозов . [33] Кроме того, изменение климата может повлиять на экосистемы и распространение переносчиков , что, в свою очередь, может повлиять на появление трансмиссивных вирусов. Другие экологические изменения — например, интродукция видов и исчезновение хищников — также могут повлиять на появление и распространенность вируса. Некоторые методы ведения сельского хозяйства — например, интенсификация животноводства и ненадлежащее обращение/удаление фекалий сельскохозяйственных животных — также связаны с повышенным риском зооноза. [3] [34]
Вирусы могут также появиться в результате формирования человеческих популяций, уязвимых к инфекции. Например, вирус может появиться после потери перекрестного защитного иммунитета , что может произойти из-за потери дикого вируса или прекращения программы вакцинации . В хорошо развитых странах также выше доля стареющих граждан и заболеваний, связанных с ожирением , что означает, что их население может иметь более низкий иммунитет и, следовательно, подвергаться риску заражения. [3] Напротив, в более бедных странах население может иметь ослабленный иммунитет из-за недоедания или хронической инфекции; эти страны также вряд ли будут иметь стабильную программу вакцинации. [3] Кроме того, изменения в демографии человека [3] — например, рождение и/или миграция иммунологически наивных людей — могут привести к развитию восприимчивой популяции, которая делает возможным крупномасштабное вирусное заражение.
Другие факторы, которые могут способствовать возникновению вируса, включают глобализацию ; в частности, международная торговля и путешествия/ миграция людей могут привести к проникновению вирусов в новые районы. [3] Более того, поскольку густонаселенные города способствуют быстрой передаче патогенов, неконтролируемая урбанизация (т.е. увеличение перемещения и расселения людей в городских районах ) может способствовать возникновению вируса. [35] Миграция животных также может привести к появлению вирусов, как это произошло с вирусом Западного Нила , который распространялся мигрирующими популяциями птиц. [36] Кроме того, человеческая практика производства и потребления продуктов питания также может способствовать риску возникновения вируса. В частности, влажные рынки (т.е. рынки живых животных) являются идеальной средой для передачи вируса из-за высокой плотности присутствия людей и диких/выращенных на фермах животных. [29] Потребление мяса диких животных также связано с появлением патогенов. [29]
Контроль и профилактика зоонозных заболеваний зависят от надлежащего глобального надзора на различных уровнях, включая выявление новых патогенов, надзор за общественным здравоохранением (включая серологические исследования ) и анализ рисков передачи. [37] Сложность зоонозных явлений во всем мире требует междисциплинарного подхода к профилактике. [37] Модель «Единое здоровье» была предложена в качестве глобальной стратегии, помогающей предотвратить возникновение зоонозных заболеваний у людей, включая новые вирусные заболевания. [37] Концепция «Единое здоровье» направлена на укрепление здоровья животных, людей и окружающей среды, как на местном, так и на глобальном уровне, путем содействия взаимопониманию и сотрудничеству между специалистами в различных взаимосвязанных дисциплинах, включая биологию дикой природы , ветеринарию , медицину , сельское хозяйство , экологию. , микробиология , эпидемиология и биомедицинская инженерия . [37] [38]
Поскольку хозяева иммунологически невосприимчивы к патогенам, с которыми они раньше не сталкивались, возникающие вирусы часто чрезвычайно вирулентны с точки зрения их способности вызывать заболевания. Их высокая вирулентность обусловлена также отсутствием адаптации к новому хозяину; вирусы обычно оказывают сильное давление отбора на иммунную систему своих естественных хозяев, что, в свою очередь, оказывает сильное давление отбора на вирусы. [39] Такая коэволюция означает, что естественный хозяин способен справиться с инфекцией. Однако когда вирус переходит к новому хозяину (например, человеку), новый хозяин не может справиться с инфекцией из-за отсутствия коэволюции, что приводит к несоответствию между иммуноэффекторами хозяина и иммуномодуляторами вируса . [ нужна цитата ]
Кроме того, чтобы максимизировать передачу, вирусы часто естественным образом подвергаются аттенуации (т. е. снижается вирулентность ), так что инфицированные животные могут выжить достаточно долго, чтобы более эффективно заражать других животных. [40] Однако, поскольку для достижения ослабления требуется время, новые популяции хозяев первоначально не получат выгоды от этого явления. Более того, поскольку зоонозные вирусы естественным образом существуют и в животных-резервуарах [10] , их выживание не зависит от передачи между новыми хозяевами; это означает, что возникающие вирусы с еще меньшей вероятностью будут ослабляться с целью максимальной передачи и остаются вирулентными. [ нужна цитата ]
Хотя возникающие вирусы часто обладают высокой вирулентностью, они ограничиваются несколькими факторами хозяина, включая врожденный иммунитет , естественные антитела и специфичность рецептора . Если хозяин ранее был инфицирован патогеном, похожим на появившийся вирус, хозяин также может получить пользу от перекрестного защитного иммунитета . [ нужна цитата ]
Грипп — это высококонтагиозная респираторная инфекция, от которой страдает примерно 9% населения мира и ежегодно становится причиной от 300 000 до 500 000 смертей. [41] [42] В зависимости от основных белков вирусы гриппа подразделяются на типы A, B, C и D. [43] [44] В то время как грипп A и B могут вызывать эпидемии у людей, грипп A также имеет пандемический характер. потенциал и более высокий уровень мутаций и, следовательно, является наиболее значимым для общественного здравоохранения. [44] [45]
Вирусы гриппа А подразделяются на подтипы на основе комбинации поверхностных гликопротеинов гемагглютинина (НА) и нейраминидазы (NA). Основным естественным резервуаром большинства подтипов гриппа А являются дикие водоплавающие птицы; [44] однако благодаря серии мутаций небольшая группа этих вирусов адаптировалась к заражению людей (и других животных). [46] Ключевым фактором, определяющим, может ли конкретный подтип гриппа А заразить людей, является его специфичность связывания. Птичий грипп А преимущественно связывается с рецепторами клеточной поверхности с терминальной α2,3-связанной сиаловой кислотой , тогда как человеческий грипп А преимущественно связывается с рецепторами клеточной поверхности с терминальной α2,6-связанной сиаловой кислотой. Путем мутации некоторые вирусы птичьего гриппа А успешно изменили свою специфичность связывания с α2,3- на α2,6-связанную сиаловую кислоту. [47] Однако, чтобы появиться у людей, вирусы птичьего гриппа А также должны адаптировать свои РНК-полимеразы для функционирования в клетках млекопитающих, [48] а также мутировать для обеспечения стабильности в кислых дыхательных путях человека. [49]
После адаптации и смены хозяина вирусы гриппа А могут вызывать эпидемии и пандемии у людей. Незначительные изменения в структуре HA и NA ( антигенный дрейф ) происходят часто, что позволяет вирусу вызывать повторяющиеся вспышки (например, сезонный грипп ), уклоняясь от иммунного распознавания. [43] Серьезные изменения в структуре HA и NA ( антигенный сдвиг ), вызванные генетической реассортацией между различными подтипами гриппа А (например, между подтипами человека и животных), могут вместо этого вызывать крупные региональные/глобальные пандемии . [43] Из-за появления у людей антигенно различных штаммов гриппа А только в ХХ веке произошло четыре пандемии гриппа . [50]
Кроме того, хотя вирусы гриппа А животных (например, свиного гриппа ) отличаются от вирусов гриппа человека, они все же могут вызывать зоонозные инфекции у людей. Эти инфекции в основном приобретаются в результате прямого контакта с инфицированными животными или загрязненной окружающей средой, но не приводят к эффективной передаче инфекции от человека к человеку; примеры этого включают грипп H5N1 и грипп H7N9 . [44]
В 2002 году из зоонозного резервуара вышел высокопатогенный штамм SARS-CoV (коронавирус тяжелого острого респираторного синдрома); во всем мире было инфицировано около 8000 человек, а уровень смертности среди пожилых людей приближался к 50% и более. [51] Поскольку SARS-CoV-1 является наиболее заразным постсимптомным заболеванием, введение строгих мер общественного здравоохранения эффективно остановило эпидемию. [51] Естественным резервуарным хозяином SARS-CoV-1 считаются подковоносы , хотя вирус также был идентифицирован у нескольких мелких хищников (например, пальмовых цивет и енотовидных собак ). Считается, что появлению SARS-CoV-1 способствовали китайские влажные рынки, на которых циветты, положительные по вирусу, выступали в качестве промежуточных хозяев и передавали SARS-CoV-1 людям (и другим видам). [51] [52] Однако более поздний анализ показывает, что SARS-CoV-1 мог напрямую передаться от летучих мышей к человеку с последующей перекрестной передачей между людьми и циветтами. [51]
Чтобы заразить клетки, SARS-CoV-1 использует гликопротеин на поверхности шипа для распознавания и связывания с ACE-2 хозяина , который он использует в качестве рецептора входа в клетку; [51] развитие этой характеристики имело решающее значение для того, чтобы SARS-CoV-1 «перепрыгнул» от летучих мышей к другим видам.
Впервые зарегистрированный в 2012 году, MERS-CoV (коронавирус ближневосточного респираторного синдрома) знаменует собой второе известное заражение человека высокопатогенным коронавирусом из зоонозного резервуара. Уровень смертности от этого нового вируса составляет примерно 35%, при этом 80% всех случаев зарегистрированы в Саудовской Аравии. [53] Хотя MERS-CoV, скорее всего, возник от летучих мышей, [54] верблюды считаются вероятными промежуточными хозяевами. Считается, что MERS-CoV циркулирует среди этих млекопитающих уже более 20 лет [54] , и считается, что новые методы разведения верблюдов привели к распространению MERS-CoV на людей. [55] Исследования показали, что люди могут заразиться БВРС-КоВ через прямой или косвенный контакт с инфицированными дромадерами, в то время как передача вируса от человека к человеку ограничена. [53]
MERS-CoV проникает в клетку, используя белок с шипами на поверхности для связывания с поверхностным рецептором DPP4 хозяина ; основной субдомен этого поверхностного белка с шипами имеет сходство с субдоменом SARS-CoV, но его рецептор-связывающий субдомен (RBSD) значительно отличается. [54]
Болезнь блютанг – незаразное трансмиссивное заболевание, вызываемое вирусом блютанга, поражающее виды жвачных животных (особенно овец ). [56] Изменение климата стало причиной возникновения и глобального распространения этого заболевания из-за его воздействия на распространение переносчиков. Естественным переносчиком вируса блютанга является африканская мошка C. imicola , которая обычно обитает в Африке и субтропической Азии. Однако глобальное потепление расширило географический ареал C. imicola , так что теперь он перекрывается с другим переносчиком ( C. pulcaris или C. obsoletus ) с гораздо более северным географическим ареалом. Это изменение позволило вирусу блютанга перейти вектор, вызывая тем самым распространение болезни блютанга на север в Европу. [57]