Повсеместный, вредоносный вирус всячески препятствовал разработке вакцин на протяжении десятилетий.
Если вы когда-либо сталкивались с болезнью, которую называют "желудочный грипп" или "пищевое отравление", вы, вероятно, столкнулись лицом к лицу с норовирусом. Инфекции этого вездесущего вируса не просто ужасны и болезненны; они являются существенным бременем для здоровья людей во всем мире. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, ежегодно отмечается 685 миллионов случаев заболевания норовирусами, что приводит к более чем 210 000 смертям - в основном среди детей младшего возраста в странах с более низким уровнем доходов.
В настоящее время нет лекарств, способных вывестиь норовирус из организма человека, и нет вакцин для предотвращения инфекции. Однако ситуация может скоро измениться. "Я думаю, что в течение следующего десятилетия мы увидим большие успехи в этой области", - говорит Морган Ирод, вирусолог из Университета Лидса в Великобритании.
Причина его оптимизма заключается в том, что ученые, наконец, имеют четкое представление о том, против чего они борются. Усилия по созданию изображения норовируса начались со снимков, сделанных грубым электронным микроскопом еще в 1972 году командой Национальных институтов здоровья, но прогресс шел медленно. Затем в прошлом году специалисты по структурной биологии Лемор Джошуа-Тор и Джеймс Юнг из нью-йоркской лаборатории Cold Spring Harbor применили мощную технику, названную криоэлектронной микроскопией. В конце концов, норовирус попался им на глаза.
Эта новая информация помогает раскрыть центральную тайну норовируса: его озадачивающее и пугающее умение уклоняться от иммунной системы человека. После большинства инфекций организм остается устойчивым в течение многих лет или даже целой жизни, выкачивая из него целевые молекулы, называемые антителами, если зародыш появляется вновь. Но в случае с норовирусом человек может стать восприимчивым к повторному заражению точно таким же штаммом уже через полгода. Что-то в этом конкретном вирусе заставляет организм выкачивать антитела, которые на самом деле не обеспечивают защиту.
Джошуа-Тор и Юнг находят объяснения написанными прямо на поверхности норовируса. Они буквально находятся прямо в его внешней оболочке белка. Дело в том, что до сих пор просто не было возможности увидеть ее.
Для того, чтобы этот прорыв стал возможным, пришлось объединить несколько различных направлений исследований. Первая задача состояла в том, чтобы просто получить рабочий образец норовируса. Методы визуализации высокого разрешения требуют много очищенных вирусных масс, которые могут быть получены только из массового производства в лабораториях, а упрямый маленький патоген сопротивлялся всем попыткам воссоздать его в лаборатории.
К счастью, все эти многолетние безуспешные попытки не оттолкнули микробиолога Кристиана Вобуса. Более десяти лет он оттачивал новые методы выращивания упрямых вирусов, сначала в качестве доктора в Школе медицины Вашингтонского университета в Сент-Луисе, а затем в качестве исследователя в Мичиганском университете. Его усилия окупились в 2016 году, когда он и международная группа коллаборационистов объявили о первом успешном воссоздании человеческого норовируса.
В то же время, другие исследователи картировали геном норовируса, используя методы обмена данными, известные как количественная биология, обнаружив, что он принадлежит к большой, разнообразной, высоко инфекционной группе вирусов, которые быстро мутируют. Недавний анализ белков в вирусе определил, что они одинаково эклектичны и динамичны. Это значительный результат, говорит Ирод, потому что таргетинг иммунной системы "это вещь, основанная на форме". Для того чтобы вакцина была эффективной, она должна соответствовать форме некоторой части инфекционного вируса.
Люди могут стать восприимчивыми к реинфекции точно таким же штаммом норовируса уже через шесть месяцев.
Затем Джошуа-Тор и Юнг сложили полную картину вместе. Используя криоэлектронную микроскопию, они смогли обойти ограничения старых изображений, которые требовали кристаллизации образцов или помещения их в вакуум. Такой препарат имел тенденцию разрушать хрупкие биологические молекулы. В цироэлектронной микроскопии образец замораживается во вспышке жидкого этана, сохраняя свою живую форму. Затем получается изображение в разных направлениях, освещенное щадящим, низкоэнергетическим пучком электронов. Наконец, снимки объединяются в единое, трехмерное изображение. Эта техника настолько сложна, что ее изобретатели были удостоены Нобелевской премии по химии 2017 года.
Когда Джошуа-Тор и Юнг таким образом исследовали несколько штаммов человеческого норовируса, они заметили, что его структурное разнообразие еще более экстремально, чем кто-либо мог предположить. Размер и организация белковой оболочки сильно варьируется от одного норовируса к другому. В одних оболочках содержится всего 60 белковых блоков, в других - 240. Даже норовирусы, похожие по размеру, могут иметь удивительно разную структуру.
Ирод и его коллеги обнаружили, что выступающие части норовирусов у мышей могут подвергнуться крупномасштабной реорганизации в ответ на такие раздражители, как падение температуры. "То, что находится в их вирусных капсулах - даже по сравнению с другими вирусами - очень динамично, очень мобильно и очень гибко", - говорит он. "Там происходят массовые изменения и смещаются целые блоки белков." Он делает вывод, что многие формы норовируса - это приманки, предназначенные для отвлечения иммунного ответа от реальной цели.
Медицинские исследователи теперь могут искать способы отделить приманки от реальных вирусов - подлинных структур, которые будут стимулировать наши иммунные системы к выработке норовирус-нейтрализующих антител. Возможно, нам не придется долго ждать, говорит Ирод: "С тем импульсом, который стоит за такого рода работой, и количеством людей, которые ей сейчас заняты, я думаю, что мы довольно близки к решению данного вопроса".
