Медиапроект Сколтеха и «Ъ-Науки» «Разговоры за жизнь» открывает интервью Константина Чумакова, вирусолога, адъюнкт-профессора Университета Джорджа Вашингтона

Обречено ли человечество на вечные пандемии? Как можно «разбудить» спящие гены человека для борьбы с инфекцией? Кто сегодня может сконструировать вирус и почему на Западе не создали «убитую» вакцину от коронавируса? Об этом и не только «Ъ-Науке» рассказал известный ученый-вирусолог, адъюнкт-профессор Университета Джорджа Вашингтона и Университета Мэриленда, директор Центра передового опыта глобальной вирусной сети при FDA, советник Комитета ВОЗ по исследованиям полиомиелита вирусолог Константин Чумаков.

Вирусы — самые частые герои научных публикаций последних лет и предмет неутихающего интереса в обществе на всех уровнях. Свежий доклад Национальной разведки США о происхождении коронавируса, появившийся в сети в конце октября, по количеству запросов стал одним из самых популярных текстов. При этом никакого внятного ответа на поставленный вопрос комиссия дать так и не смогла, заявив, что возможны оба варианта: как естественный, так и искусственный. Возникает вопрос, насколько вообще ученые знают предмет разговора? Можем ли мы сказать, что имеем более или менее полное представление о вирусах или они, несмотря на огромные вложенные средства, остаются Terra Incognita?

— Вирусология кардинально изменилась с начала нашего тысячелетия,— говорит Константин Чумаков.— Что уж говорить о том времени, когда я 50 лет назад пришел в науку. Тогда мы еще очень мало знали о геномной организации вирусов и только начинали выяснять их структуру. Сейчас мы знаем ее более или менее хорошо. И на передний край вышли исследования того, как вирусы взаимодействуют с клеткой, какие у них есть механизмы, чтобы проникнуть в нее и перестроить под свои цели. Настоящий прорыв произошел после того, как новые подходы связали вирусологию с клеточной биологией и иммунологией. А также после появления новых физико-химических методов исследования. Один из них — метод глубокого секвенирования (next generation sequencing) — дал вирусологии фантастические возможности. Например, позволил изучать не только полные геномы вирусов, но и их тонкую популяционную структуру.

Рой вирусов

Как оказалось, вирусы — это не просто миллиард одинаковых частичек. Это рой близких, но все-таки отличающихся друг от друга вирионов. Чтобы выжить в безжалостном мире, вирусные частицы постоянно мутируют и создают особую популяцию, которую можно сравнить с гудящей толпой на стадионе. Если смотреть издали, то все толпы примерно схожи. Но при ближайшем рассмотрении может оказаться, что одна по преимуществу состоит из старушек, которые собрались обменяться комнатными растениями, а другая — из агрессивно настроенных хулиганов. Анализируя молекулярный состав вирусной толпы, можно предположить, как именно она поведет себя в дальнейшем.

— По сути, речь идет о некоем облаке очень близких к друг другу вариантов, которые лишь немного отличаются генетически,— говорит Константин Чумаков.— Но именно эти тонкие отличия драматически влияют на биологические свойства вируса. Сегодня ученые научились определять генетическую структуру популяций, и это открывает большие перспективы для понимания их поведения.

Чаще говорят о том, что такие квазивиды создают РНК-вирусы (особый тип вирусов, чей генетический материал представлен молекулой РНК). К ним относится и коронавирус. Попав в организм человека, вирус COVID-19 образует свой квазивид, который будет отличаться от того, что есть у соседа по палате. А иногда в организме одного человека встречаются субпопуляции с различными вариантами генома. Молекулярный портрет вирусной популяции — передний край науки, родившийся на стыке вирусологии, молекулярной биологии и биоинформатики.

— Сейчас любой дипломник делает такие работы, за которые раньше, может быть, дали бы Нобелевскую премию,— говорит Константин Чумаков.— Другое дело, что сегодня молодежь иногда даже не догадываются, какой наукой она занимается, потому что грань между вирусологией и общей клеточной биологией стирается. Человек может сегодня исследовать вирус, завтра — клетку, а затем — иммунную систему. В этом есть своя опасность: они погружены, например, в мелкие нюансы работы генов, но в итоге не могут понять, как это все отразится на здоровье. Классических вирусологов, которые знают все виды вирусов и их воздействие на человека, остается очень мало.

Сеть для вирусологов

В 2011 году всемирно известные классические вирусологи организовали Глобальную вирусологическую сеть (The Global Virus Network (GVN), чтобы спасти науку как целое. Лидерами стали легендарный Роберт Галло, директор Института вирусологии человека университета Мэриленда, открывший ВИЧ, Уильям Холл из Центра исследований инфекционных заболеваний в Дублине и Рейнхард Кутц (1942–2014), директор Института Коха в Берлине. Они пригласили к сотрудничеству ведущих ученых из 30 стран. От России — заслуженного вирусолога Вадима Израилевича Агола, который в свои 92 года работает до сих пор. Уже тогда Роберт Галло предупреждал, что в вирусологии скоро не останется молодежи, которая видит науку целиком, и это чрезвычайно опасно, потому что мир стоит на пороге новой эпидемии. У человечества слишком короткая память: оно вспоминает об ученых примерно раз в 30–40 лет — именно таков шаг пандемий. В ХХ веке первой была испанка в Первую мировую, затем эпидемия полиомиелита в 40–50-е годы, следующий — ВИЧ в 80-е. Далее Галло обращал внимание на звоночки в виде атипичных пневмоний, которые стали предвестниками нынешней мировой эпидемии, когда ученые опять стали героями дня.

— Сегодня глобальная вирусологическая — это экспертный совет ученых, которые никак не связаны с правительствами, и поэтому они могут дать оценку происходящему любой заинтересованной организации,— говорит Константин Чумаков.— GVN открывает представительства в разных странах, организует семинары, консультирует медиков и ученых. Такую функцию должна была бы выполнять ВОЗ, но она, к сожалению, давно выродилась в бюрократическую систему. Мы это прекрасно видели в начале пандемии, когда в угоду правительствам десять раз менялись правила.

Гены на низком старте

Пару месяцев назад The New York Times опубликовала большую статью о знаменитой русской научной династии — семье Чумаковых. Естественно, на пике внимания к коронавирусу. В ней говорится, что Константин Чумаков вместе с Робертом Галло хотят проверить теорию о том, что живые вакцины могут открывать резервы иммунитета для борьбы с любыми инфекциями. Следуя этой логике, живая вакцина от полиомиелита, которую мы с детства помним, как «капли в рот», будет эффективна и против коронавируса. Ученые уверены, что если сейчас дать такой препарат жителям одного города, в нем пандемия сойдет на нет через две недели. Этот эффект в 50-е годы прошлого века описала мать Константина Михайловича — Марина Константиновна Ворошилова. Она участвовала в первых масштабных клинических испытаниях живой полиомиелитной вакцины, в том числе во время эпидемии гриппа, и отметила трех-четырехкратное снижение заболеваемости среди тех, кто получил препарат по сравнению с контрольной группой. Это было лучше, чем у специфических вакцин от гриппа.

Вирусолог, сын вирусологов

Отец Константина Чумакова, академик Михаил Петрович Чумаков, выдающийся вирусолог, основатель Института полиомиелита и вирусных энцефалитов, внедрил первую вакцину против полиомиелита. Также он открыл и изучил вирус клещевого энцефалита, вирус чумы плотоядных и еще несколько не менее страшных инфекций. Мать, Марина Константиновна Ворошилова, тоже занималась изучением полиомиелита. Создала концепцию полезных вирусов человека и предложила метод неспецифической защиты и лечения вирусных и невирусных заболеваний, в том числе онкологических. Братья: Петр — главный научный сотрудник Института молекулярной биологии имени Энгельгардта РАН, соучредитель компании в США, которая лечит рак с помощью вирусов; Илья — молекулярный биолог, занимался расшифровкой человеческого генома во Франции; младший Алексей большую часть своей карьеры работал исследователем рака в Cedars-Sinai в Лос-Анджелесе, работая в Москве, разработал вакцину против гепатита Е, сейчас он преподает в Московской медицинской академии имени Сеченова.

— Константин Михайлович, каков механизм действия вакцины в данном случае?

— Живые вакцины вызывают не только специфический иммунитет в виде антител или каких-то клеточных реакций, они также стимулируют врожденный иммунитет — некоторые системы, которые позволяют организму защищаться от любых инфекций. Это совершенно неспецифические механизмы, открытые почти сто лет назад. Но разобраться в молекулярном механизме этого явления не так просто. Традиционное объяснение лежит на поверхности: вирусы вызывают продукцию интерферона. Этот белок — часть врожденного иммунитета, который делает организм менее восприимчивым к другим патогенам.

— Как долго это работает?

— На самом деле длиться такой эффект должен от силы пару недель. Но недавно был обнаружен феномен так называемого натренированного врожденного иммунитета. Как оказалось, если организм подвергнуть какому-то инфекционному стимулу, воздействию возбудителя или живой вакцины, то в организме происходят так называемые эпигенетические перестройки (эпигенетика изучает модификации ДНК и ее упаковку в ядре в ходе развития и под воздействием окружающей среды.— «Ъ-Наука»). Те гены, которые отвечают за продукцию компонентов врожденного иммунитета, переходят в активированное состояние. В таком состоянии ген как бы находится на низком старте, он готов сработать в любой момент. Это можно сравнить с чтением энциклопедии: в поисках информации вы листаете книгу, а когда находите нужный момент, кладете туда закладку, чтобы отыскать в следующий раз. То же самое происходит здесь: организм «кладет» себе такую закладку, чтобы при необходимости быстро включить тот же самый ген. Скорее всего, это явление — общий биологический феномен: организму выгодно держать наготове гены, которые использовались недавно. Поэтому после живой полиомиелитной вакцины возможен долгосрочный эффект защиты от всех инфекций.

С самого начала пандемии мы с Бобом Галло подавали заявки на проведение клинических испытаний этого метода в США, но необходимого финансирования мы не получили. Однако в России такое исследование было проведено в Кировской области Центром имени Чумакова совместно с местным медицинским университетом с очень обнадеживающим результатом. Кроме того, косвенные ретроспективные исследования в Иране показали, что среди матерей, чьи новорожденные получили живую полиомиелитную вакцину, не было ни одного случая заболевания коронавирусом. А среди женщин сравнимого возраста и социодемографических характеристик отмечались десятки случаев заражения.

— В начале пандемии действительно ходили разговоры о том, что благодаря вакцине от полиомиелита россияне более стойко борются с коронавирусом. Но сейчас об этом что-то не слышно.

— Есть данные о том, что в странах, где применяют живую вакцину против полиомиелита, заболеваемости COVID-19 гораздо меньше. Эта корреляция достаточно четкая. В России, конечно, существует высокая смертность от коронавируса, но она все равно не шла ни в какое сравнение с тем, что было в США и в Европе. В России смертность связана с другими вещами, с тем, что россияне, к сожалению, не хотят прививаться и тем самым сами себе наносят ущерб. И, конечно, с общим уровнем медицины.

Вакцина и не только

— В США вы работаете в Отделе исследований и анализа вакцин в FDA, которое выдает разрешения на применение новых медицинских препаратов. Вы координируете работу 35 лабораторий, каждая из которых занимается «своим» вирусом или бактерией. Зачем работать со «старыми» инфекциями, против которых разработаны надежные вакцины?

— Во-первых, главная идея нашей организации — иметь экспертизу мирового уровня по всем вопросам. Именно к нам приходят биотехнологические компании с новыми препаратами, которые нужно адекватно оценить. Прекрасным результатом такого подхода стала феноменально быстрая, но при этом сделанная по всем требованиям регистрация вакцины Pfizer от коронавируса.

Во-вторых, не бывает старых инфекций. Благодаря появлению новых методов сейчас идет активная эволюция вакцин. Например, вакцина от коклюша, сделанная еще в 50-е годы, хорошо защищала, но давала серьезные побочные реакции. Поэтому ученые создали другую, правда, через несколько лет выяснилось, что привитый ребенок может передавать бактерию окружающим. И сейчас во многих странах происходит возрождение коклюша. Поэтому в ходу работы над третьим поколением этого препарата.

— Новые препараты могут быть дешевле старых?

— Нет, они обычно намного дороже, потому что сделаны с применением последних достижений молекулярной биологии. Например, когда появился препарат от гепатита С, курс лечения обходился в $70 тыс., притом что сами пилюли стоили максимум $2. Но компания потратила миллиарды долларов на разработку и внедрение препарата, и теперь она должна их вернуть, иначе не сможет создавать новые лекарства.

— Почему тогда в условиях пандемии к старым дешевым и проверенным технологиям производства вакцины, по сути, обратились только Китай и Россия: у нас «убитую» вакцину создали в Научном центре исследований имени М. П. Чумакова.

— Во-первых, для производства такого препарата нужно обладать высокой степенью биобезопасности, которую могут обеспечить всего несколько заводов в мире. Другая причина в том, что ученым неинтересно повторять старые технологии. К началу пандемии в мире накопилось много интересных наработок, на внедрение которых никто не готов был тратить деньги. А теперь они оказались востребованы и апробированы.

Еще один важный аспект связан со строением вируса. Дело в том, что у коронавируса есть особый S-белок, его аналоги есть и у некоторых других вирусов. Например, у респираторно-синцитиального вируса человека (вызывает инфекции дыхательных путей, часто смертелен для младенцев). В 60-е от него сделали «убитую» вакцину, но оказалось, что привитые люди болеют хуже, чем непривитые. S-белок вдруг начал производить антитела неправильного типа, которые вместо того, чтобы убивать вирус, помогали ему проникнуть в клетку. Поэтому многие опасаются использовать этот метод для такого рода вирусов. Большая удача, что в случае коронавируса такого не случилось.

— Как часто в мире происходят утечки вирусов?

— Думаю, что такие события случаются очень редко. Но здесь, как говорится, достаточно одного раза. Никто никогда не сознается в этом, особенно в закрытом обществе, которым является Китай. Известно, что такие утечки были в разных странах, в том числе в СССР, когда по головотяпству из лаборатории ускользала бактерия или вирус. В 50-е годы, когда еще активно разрабатывали биологическое оружие, подобный инцидент случился в Соединенных Штатах. Помню, когда я переехал в Америку уже в 80-х, то в Форт-Детрике находился Военно-медицинский научно-исследовательский институт инфекционных болезней США. У них стояло сооружение наподобие огромной водонапорной башни, полностью зараженное сибирской язвой. Долгое время оно оставалось запечатанным, и все с опаской ходили мимо. (Сибирская язва вызывается бактерией Bacillus anthracis. В 1979 году в Свердловске произошла сибиреязвенная вспышка, стоившая жизни не менее чем 64 жителям города, а возможно, и 100. Ее причиной, по всей видимости, стал аварийный выброс аэрозоля с бактериями с военного предприятия, занимавшегося бактериологической защитой. – «Ъ-Наука»).

— В марте 2020 года власти КНР назвали лабораторию в Форт-Детрике возможным источником пандемии коронавируса — в ответ на обвинения лаборатории в Ухани. Насколько просто сегодня сконструировать вирус?

— Технически на уровне генной инженерии это сделать очень просто. Существуют разработанные способы, как вносить изменения в геном вируса и бактерии. Не так давно это научились делать просто с помощью химического синтеза, когда новый вирус проектируется на компьютере, а потом синтезируется на химическом роботе.

Гораздо более сложная проблема понять, что конкретно нужно поменять. Сейчас, например, множество ученых по всему миру занимается изучением патогенности вирусов, чтобы затем делать эффективные вакцины. Для этого в вирусе нужно что-то «подкрутить», где-то «подергать», посмотреть, что за что отвечает,— это нормальный процесс исследования природы. Но, возможно, в Китае это сделали безответственно. И теперь, даже если это действительно было так, мы вряд ли что-нибудь докажем. Но нужно понимать, что вопрос биобезопасности — всегда обоюдоострое лезвие. Потому что, с одной стороны, нужно все делать максимально осмысленно, с другой — нельзя закручивать гайки и все исследования загонять в категорию BSL-4 (Bio Safety Level — уровень биологической безопасности.— «Ъ-Наука») — это когда уже практически совсем невозможно работать, и ты можешь, облачившись в скафандр, сделать один-два эксперимента.

Счеты с вирусом

— Ваши родители во время своей работы оба заразились тяжелыми инфекциями, которые могли стать смертельными. Неужели их это никогда не останавливало?

— Это всегда было частью профессионального риска, о котором все знали. В молодости отец участвовал в первых экспедициях на Дальний Восток, где принимал участие в открытии вируса клещевого энцефалита. Мой отец всегда был очень энергичным, и то, как именно он заразился, много о нем говорит: он был настолько нетерпелив, что ему необходимо было срочно вскрыть труп погибшего от клещевого энцефалита, чтобы исследовать препарат мозга. Делал он это без всяких надлежащих инструментов, поранил себе руку осколком черепной кости и заболел. В итоге он потерял слух и подвижность правой руки. Но это нисколько не останавливало его деятельность: отец всю жизнь изучал и открывал другие опасные вирусы.

— А мама?

— Мама заразилась полиомиелитом в Сухуми. Там находился обезьяний питомник, где можно было проводить опыты по изучению другой напасти прошлого века — полиомиелита. Как именно мама заразилась, я точно не знаю, по всей вероятности, ее укусила обезьяна. После этого мама заболела и заразила меня. Тогда я только начинал вставать и делать первые шаги, а здесь после высокой температуры на какое-то время ходить перестал, хотя потом полностью выздоровел. А вот мама еще несколько лет ходила с палочкой.

— Ваш отец был, что называется, настоящим советским патриотом до конца жизни. Известно, что он всякий раз пытался убедить своего хорошего друга, всемирно известного вирусолога Альберта Сейбина, в том, что нужно строить коммунизм. Как он воспринял ваш отъезд за границу в 1989-м?

— Отец действительно был большим патриотом и убежденным коммунистом образца 20-х годов, не циничным приспособленцем, какими были коммунисты 80-х. К сожалению, после отъезда в 1989 году я его больше не видел, он умер в 1993 году. Но в нашей переписке никогда не проскальзывала и тень упрека. Он же видел, что происходит вокруг, и гордился, что у меня там все получается. Но, конечно, ему было бы приятно, если бы я рано или поздно вернулся.

— У вас лично никогда не было страха перед инфекцией?

— Я никогда не занимался опасными вирусами. Сейчас мой научный интерес связан с созданием новых вакцин. Я принимаю участие в проекте Фонда Билла и Мелинды Гейтс. Они начали разрабатывать новую более безопасную и генетически стабильную вакцину от полиомиелита, основанную на рациональном дизайне генома. Она уже применяется несколько месяцев и показала прекрасные результаты. Также я занимаюсь молекулярным контролем вакцин на основе глубокого секвенирования. Собственно, этой темой я начал заниматься сразу после переезда в США. Метод, который мы разрабатываем сейчас, позволит анализировать такое важное понятие, как генетическая стабильность. От него напрямую зависит безопасность и эффективность нового препарата. Если он будет одобрен, то помимо практической пользы он решит большую этическую задачу: избавит производителей вакцины от необходимости проверять новые препараты на животных. Сейчас для контроля новой вакцины приходится убивать порядка 200 обезьян или трансгенных мышей.

Происхождение жизни

— Вопрос о происхождении жизни — один из краеугольных в современной науке. Ученые до сих пор скрещивают копья, пытаясь доказать, что же было первично: вирусы, которые живут внутри клеток, или собственно клетки.

— Вообще-то говоря, никто не знает, как возникла жизнь. По одной из наиболее популярных теорий, это произошло на уровне РНК. Вероятно, вначале РНК научились сами себя воспроизводить, а затем научились создавать какие-то другие молекулы, которые помогали это делать, например белки. Как назвать эту первичную РНК, которая умела только копировать себя? Это не что иное, как вирус. Вполне вероятно, что потом вирусы придумали себе клетки, когда «решили», что им выгодно окружить себя липидной оболочкой. Молекулы РНК стали «жить» внутри этого пузырька, потом сам этот пузырек эволюционировал в клетку, а дальше клетка начала усложняться. Мне, как вирусологу, приятно думать, что именно вирусы были первичными. Можно сказать, что вирусы — колыбель жизни.

Сейчас доказано, что на самом деле они есть абсолютно везде и, более того, как ни парадоксально, по биомассе вирусов на земном шаре больше, чем остальных организмов, вместе взятых, включая всех слонов и китов. Когда стали изучать морскую воду с помощи глубокого секвенирования и метагеномного анализа, то оказалось, что в каждом миллилитре воды присутствует огромное количество вирусов, о которых мы просто не подозревали. Нет ни одного организма, в котором не было бы вирусов. Некоторые из них гуляют от одного организма к другому и вызывают болезни, но гораздо больше просто мирно сосуществуют с нами и выполняют важнейшую функцию как в эволюции в целом, так и в нашей физиологии. Потому что вирусы — идеальное средство, чтобы горизонтально передавать информацию от одного организма к другому.

— Можно ли ответить на вопрос, почему та или иная пандемия возникла именно в этот момент истории? Согласно некоторым теориям, смертоносные эпидемии появляются тогда, когда одна из популяций размножилась слишком сильно.

— Конечно, есть объективные вещи, связанные с взрывным ростом населения и глобализацией всей жизни. Но у меня есть и другое ощущение: пандемии возникают тогда, когда человечество переходит какую-то черту, вторгается туда, где его раньше не было. Например, в 30-е годы мы начали осваивать Дальний Восток, углубляясь в тайгу, и получили новое заболевание — клещевой энцефалит. В 80-е то же самое было с ВИЧ, когда, видимо, охотники убивали и ели зараженных обезьян. Аналогичная черта была перейдена с болезнью Куру. Оказалась, что болезнь — следствие каннибализма, который практиковали племена Новой Гвинеи. И передавалась она вместе с мозгом умершего родственника, который поедали на ритуальной трапезе. Сошел на нет каннибализм — исчезла и болезнь. Так что если мы не вынесем урок из нынешней пандемии и не станем более аккуратными, то страшные трагедии будут повторяться вновь и вновь.

— Это похоже на какой-то эколого-религиозный взгляд на мир верующего человека.

— Я не воцерковленный человек, так как меня в детстве не приучили к религии. Но, мне кажется, ни один мыслящий ученый не может не верить в Бога, даже если он из-за конформизма гонит от себя эти мысли. Только на начальном этапе своей интеллектуальной эволюции, когда ученый является, условно говоря, квалифицированным технарем, который умеет расщеплять атомы, рекомбинировать какие-то вирусы и так далее, он может себе позволить заигрывать с атеизмом. Тогда у него есть некоторая иллюзия, что наука всесильна. Но постепенно приходит понимание, что есть что-то, что находится за пределами познаваемого и лежит в основе всего. У меня есть хороший пример из семейной жизни — дядя моей жены, академик Илья Михайлович Франк, нобелевский лауреат по физике. Это был абсолютно мирового класса ученый, и это не мешало ему верить в Бога, быть воцерковленным христианином. Но говорить об этом вслух в нашей среде не принято, несмотря на то что среди ученых есть масса верующих, хотя и необязательно религиозных и тем более воцерковленных. Это ведь три разные вещи. Успех науки и технологии и кажущееся всемогущество человека в последние две-три сотни лет заронили сомнение в наличии высшего начала и породили атеизм. Но на самом деле если вдуматься, то атеизм — это ведь тоже религия, религия для безбожников. Просто есть политеистические религии, где много богов, есть монотеистические, где бог один, а есть, где количество богов равно нулю. Были религиозные воины, в которых гибла масса людей, но максимальное количество людей погибло на войнах, затеянных атеистами.

— В какой части вирусологии лично вы ожидаете прорыва в ближайшие 10–20 лет?

— По этому поводу хорошо высказался Нильс Бор: «Прогнозы — это очень неблагодарная вещь, особенно о будущем». В одной из книжек футурологов конца XIX века задавался примерно такой же вопрос: что же будет самым главным вызовом человечеству в ХХ веке. Ответ был замечательным: вывоз конского навоза с улиц разросшихся городов. Конечно, я жду, когда количество новых технологий в вирусологии перейдет в качество и новые подходы, слияние естественно-научных подходов с информатикой и другими областями приведет к качественному рывку, и мы сможем объяснить какие-то действительно сложные биологические системы, например, как работает человеческий мозг. Но в целом это очень сложные вещи, а я чувствую себя очень некомфортно, когда анализирую что-то слишком сложное. Я поэтому и занимаюсь всю жизнь вирусами, которые предельно просты. А давать конкретные прогнозы по конкретным вещам — это неблагодарное занятие, получится точно как с конским навозом.

Елена Кудрявцева