Эмерджентный вирус (или возникающий вирус ) — это вирус , который либо появился недавно , заметно увеличивая заболеваемость / географический ареал , либо имеет потенциал к увеличению в ближайшем будущем. [1] Эмерджентные вирусы являются основной причиной возникающих инфекционных заболеваний и создают проблемы для общественного здравоохранения во всем мире, учитывая их потенциал вызывать вспышки заболеваний, которые могут приводить к эпидемиям и пандемиям . [2] Помимо того, что они вызывают заболевания , возникающие вирусы также могут иметь серьезные экономические последствия. [3] Недавние примеры включают коронавирусы, связанные с атипичной пневмонией , которые вызвали вспышку атипичной пневмонии в 2002–2004 годах ( SARS-CoV-1 ) и пандемию COVID -19 в 2019–2023 годах ( SARS-CoV-2 ). [4] [5] Другие примеры включают вирус иммунодефицита человека , вызывающий ВИЧ/СПИД ; вирусы, вызывающие лихорадку Эбола ; [6] вирус гриппа H5N1, вызывающий птичий грипп ; [7] и H1N1/09 , который вызвал пандемию свиного гриппа 2009 года [8] (более ранний штамм H1N1 вызвал пандемию испанского гриппа 1918 года ). [9] Появление вируса у людей часто является следствием зооноза , который включает в себя межвидовой переход вирусного заболевания к человеку от других животных. Поскольку зоонозные вирусы существуют в резервуарах животных , их гораздо сложнее искоренить , и поэтому они могут вызывать устойчивые инфекции в человеческих популяциях. [10]
Не следует путать вновь возникающие вирусы с повторно возникающими вирусами или вновь обнаруженными вирусами. Повторно возникающим вирусом обычно считается ранее появившийся вирус, который переживает возрождение, [1] [11] например, корь . [12] Недавно обнаруженный вирус — это ранее нераспознанный вирус, который циркулировал среди видов как эндемичные или эпидемические инфекции. [13] Недавно обнаруженные вирусы могли избежать классификации , поскольку они не оставляли отличительных признаков и/или не могли быть изолированы или размножены в клеточной культуре . [14] Примерами являются человеческий риновирус (основная причина простудных заболеваний, впервые идентифицированный в 1956 году), [15] гепатит С (в конечном итоге идентифицированный в 1989 году), [16] и человеческий метапневмовирус (впервые описан в 2001 году, но, как полагают, циркулировал с 19 века). [17] Поскольку обнаружение таких вирусов обусловлено технологиями, число зарегистрированных случаев, вероятно, будет увеличиваться.
Учитывая редкость спонтанного развития новых видов вирусов, наиболее частой причиной возникновения вирусов у людей является зооноз . По оценкам, это явление составляет 73% всех возникающих или повторно возникающих патогенов , причем вирусы играют непропорционально большую роль. [18] РНК-вирусы особенно часты, составляя 37% возникающих и повторно возникающих патогенов. [18] Широкий спектр животных — включая диких птиц, грызунов и летучих мышей — связаны с зоонозными вирусами. [19] Невозможно предсказать конкретные зоонозные события, которые могут быть связаны с определенным животным-резервуаром в любой момент времени. [20]
Зоонозное распространение может привести либо к самоограничивающимся «тупиковым» инфекциям, при которых не происходит дальнейшей передачи от человека к человеку (как в случае с вирусом бешенства ), [21] либо к инфекционным случаям, при которых зоонозный патоген способен поддерживать передачу от человека к человеку (как в случае с вирусом Эбола ). [6] Если зоонозный вирус способен поддерживать успешную передачу от человека к человеку, может произойти вспышка . [22] Некоторые события распространения могут также привести к адаптации вируса исключительно для заражения человека (как это произошло с вирусом ВИЧ ), [23] в этом случае люди становятся новым резервуаром для патогена.
Успешный зоонозный «прыжок» зависит от контакта человека с животным, несущим вариант вируса, способный инфицировать людей. Чтобы преодолеть ограничения круга хозяев и поддерживать эффективную передачу от человека к человеку, вирусы, происходящие из животного резервуара, обычно подвергаются мутации , генетической рекомбинации и реассортации . [20] Благодаря своей быстрой репликации и высокой скорости мутаций, РНК-вирусы с большей вероятностью успешно адаптируются для вторжения в новую популяцию хозяев. [3]
Хотя летучие мыши являются неотъемлемыми членами многих экосистем, [24] они также часто рассматриваются как частые источники новых вирусных инфекций. [25] Их иммунная система развилась таким образом, чтобы подавлять любую воспалительную реакцию на вирусные инфекции, тем самым позволяя им стать толерантными хозяевами для эволюционирующих вирусов и, следовательно, обеспечивать основные резервуары зоонозных вирусов. [26] Они связаны с большим количеством зоонозных вирусов на вид хозяина, чем любые другие млекопитающие, и молекулярные исследования показали, что они являются естественными хозяевами для нескольких известных зоонозных вирусов, включая коронавирусы, связанные с тяжелым острым респираторным синдромом , и филовирусы геморрагической лихорадки Эбола / Марбург . [27] С точки зрения их потенциала для побочных 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/мочу. [29]
Из-за своей особой экологии /поведения летучие мыши по своей природе более восприимчивы к вирусным инфекциям и передаче. Несколько видов летучих мышей (например, бурые летучие мыши) собираются в переполненных насестах, что способствует внутри- и межвидовой передаче вируса. Более того, поскольку летучие мыши широко распространены в городских районах, люди иногда вторгаются в их среду обитания, которая загрязнена гуано и мочой. Их способность летать и миграционные пути также означают, что летучие мыши способны распространять болезни на большой географической территории, а также приобретать новые вирусы. [30] Кроме того, летучие мыши страдают от постоянных вирусных инфекций, которые вместе с их чрезвычайной продолжительностью жизни (некоторые виды летучих мышей живут 35 лет) помогают поддерживать вирусы и передавать их другим видам. Другие характеристики летучих мышей, которые способствуют их потенциалу как вирусных хозяев, включают: их выбор пищи, привычки к оцепенению / спячке и восприимчивость к повторному заражению. [30]
Появление вирусов 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 орошение, могут влиять на способы, которыми люди вступают в контакт с видами диких животных, и, следовательно, способствовать появлению вирусов. [3] [32] В частности, потеря среды обитания видов-хозяев резервуара играет значительную роль в появлении зоонозов . [33] Кроме того, изменение климата может влиять на экосистемы и распределение векторов , что, в свою очередь, может влиять на появление трансмиссивных вирусов. Другие экологические изменения — например, внедрение видов и потеря хищников — также могут влиять на появление и распространенность вирусов. Некоторые методы ведения сельского хозяйства — например, интенсификация животноводства и неправильное управление/утилизация фекалий сельскохозяйственных животных — также связаны с повышенным риском зоонозов. [3] [34]
Вирусы также могут возникать из-за создания человеческих популяций, уязвимых для инфекции. Например, вирус может возникнуть 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 быть более иммуносупрессированным и, следовательно, подверженным риску заражения. [3] Напротив, в более бедных странах может быть население с ослабленным иммунитетом из-за недоедания или хронической инфекции; в этих странах также маловероятно, что будет стабильная программа вакцинации. [3] Кроме того, изменения в демографической ситуации человека [3] — например, рождение и/или миграция иммунологически наивных людей — могут привести к развитию восприимчивой популяции, что делает возможным крупномасштабное заражение вирусом.
Другие факторы, которые могут способствовать появлению вирусов, включают глобализацию ; в частности, международная торговля и поездки/ миграция людей могут привести к проникновению вирусов в новые районы. [3] Более того, поскольку густонаселенные города способствуют быстрой передаче патогенов, неконтролируемая урбанизация (т. е. возросшее перемещение и расселение людей в городских районах ) может способствовать появлению вирусов. [35] Миграция животных также может привести к появлению вирусов, как это было в случае с вирусом Западного Нила , который распространялся мигрирующими популяциями птиц. [36] Кроме того, человеческие практики в отношении производства и потребления продуктов питания также могут способствовать риску появления вирусов. В частности, рынки дикой природы (т. е. рынки живых животных) являются идеальной средой для передачи вирусов из-за высокой плотности людей и присутствующих диких/фермерских 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 событий во всем мире обуславливает необходимость 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 пониманию и сотрудничеству между специалистами различных взаимосвязанных дисциплин, включая биологию дикой природы , ветеринарию , медицину , сельское хозяйство , экологию , микробиологию , эпидемиологию и биомедицинскую инженерию . [37] [38]
Поскольку хозяева иммунологически наивны к патогенам, с которыми они раньше не сталкивались, возникающие вирусы часто чрезвычайно вирулентны с точки зрения их способности вызывать заболевания. Их высокая вирулентность также обусловлена отсутствием адаптации к новому хозяину; вирусы обычно оказывают сильное селекционное давление на иммунную систему своих естественных хозяев, что, в свою очередь, оказывает сильное селекционное давление на вирусы. [39] Эта 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 . [ необходима цитата ]
Кроме того, для максимизации передачи вирусы часто естественным образом подвергаются ослаблению (т. е. вирулентность снижается), так что инфицированные животные могут выживать достаточно долго, чтобы более эффективно заражать других животных. [40] Однако, поскольку для достижения ослабления требуется время, новые популяции хозяев изначально не получат выгоды от этого явления. Более того, поскольку зоонозные вирусы также естественным образом существуют в резервуарах животных , [10] их выживание не зависит от передачи между новыми хозяевами; это означает, что возникающие вирусы еще менее склонны ослабляться с целью максимальной передачи, и они остаются вирулентными. [ необходима цитата ]
Хотя возникающие вирусы часто очень вирулентны, они ограничены несколькими факторами хозяина, включая: врожденный иммунитет , естественные антитела и специфичность рецепторов . Если хозяин ранее был инфицирован патогеном, похожим на возникающий вирус, хозяин также может получить выгоду от перекрестного защитного иммунитета . [ необходима цитата ]
Грипп — это высококонтагиозная респираторная инфекция, которая поражает приблизительно 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] Хотя грипп A и B могут вызывать эпидемии у людей, грипп A также имеет пандемический потенциал и более высокую скорость мутаций и поэтому наиболее значим для общественного здравоохранения. [44] [45]
Вирусы гриппа А далее классифицируются на подтипы на основе комбинаций поверхностных гликопротеинов гемагглютинина (HA) и нейраминидазы (NA). Основным естественным резервуаром для большинства подтипов гриппа А являются дикие водоплавающие птицы; [44] однако, благодаря серии мутаций, небольшая подгруппа этих вирусов адаптировалась для заражения людей (и других животных). [46] Ключевым фактором, определяющим, может ли конкретный подтип гриппа А заражать людей, является его специфичность связывания. Птичий грипп А преимущественно связывается с рецепторами клеточной поверхности с помощью терминальной α2,3-связанной сиаловой кислоты , в то время как человеческий грипп А преимущественно связывается с рецепторами клеточной поверхности с помощью терминальной α2,6-связанной сиаловой кислоты. Благодаря мутации некоторые вирусы птичьего гриппа А успешно изменили свою специфичность связывания с α2,3- на α2,6-связанную сиаловую кислоту. [47] Однако для того, чтобы появиться у людей, вирусы птичьего гриппа А должны также адаптировать свои РНК-полимеразы для функционирования в клетках млекопитающих, [48] а также мутировать для стабильности в кислых дыхательных путях людей. [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 ), избегая иммунного распознавания. [43] Значительные изменения в структуре HA и NA ( антигенный сдвиг ), которые вызваны 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 антигенно различных штаммов гриппа А у людей только в 20 веке произошло четыре пандемии гриппа . [50]
Кроме того, хотя вирусы гриппа А животных (например, свиной грипп ) отличаются от вирусов гриппа человека, они все равно могут вызывать зоонозные инфекции у людей. Эти инфекции в основном приобретаются после прямого контакта с инфицированными животными или загрязненной средой, но не приводят к эффективной передаче от человека к человеку; примерами этого являются грипп H5N1 и грипп H7N9 . [44]
В 2002 году из зоонозного резервуара появился 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 наиболее заразен после появления симптомов, введение строгих мер общественного здравоохранения эффективно остановило эпидемию. [51] Считается, что естественным резервуарным хозяином SARS-CoV-1 являются подковоносые летучие мыши , хотя вирус также был выявлен у нескольких мелких плотоядных животных (например, пальмовых циветт и енотовидных собак ). Считается, что появлению SARS-CoV-1 способствовали китайские рынки дикой природы, на которых циветты, положительные на вирус, выступали в качестве промежуточных хозяев и передавали SARS-CoV-1 людям (и другим видам). [51] [52] Однако более поздние анализы показывают, что SARS-CoV-1 мог напрямую перейти от летучих мышей к человеку с последующей перекрестной передачей между людьми и циветтами. [51]
Для заражения клеток вирус SARS-CoV-1 использует поверхностный гликопротеин с шипами для распознавания и связывания с ACE-2 хозяина , который он использует в качестве рецептора для входа в клетку; [51] развитие этой характеристики имело решающее значение для того, чтобы вирус SARS-CoV-1 мог «перейти» от летучих мышей к другим видам.
Впервые зарегистрированный в 2012 году, MERS-CoV (коронавирус ближневосточного респираторного синдрома) знаменует собой второе известное проникновение высокопатогенного коронавируса из зоонозного резервуара в людей. Уровень смертности от этого возникшего вируса составляет приблизительно 35%, при этом 80% всех случаев было зарегистрировано в Саудовской Аравии. [53] Хотя MERS-CoV, вероятно, возник у летучих мышей, [54] верблюды-дромадеры были замешаны в качестве вероятных промежуточных хозяев. Считается, что MERS-CoV циркулирует среди этих млекопитающих более 20 лет, [54] и считается, что новые методы разведения верблюдов привели к распространению MERS-CoV среди людей. [55] Исследования показали, что люди могут быть инфицированы MERS-CoV через прямой или косвенный контакт с инфицированными верблюдами-дромадерами, в то время как передача от человека к человеку ограничена. [53]
MERS-CoV проникает в клетку, используя поверхностный белок шипа для связывания с поверхностным рецептором хозяина DPP4 ; основной субдомен этого поверхностного белка шипа имеет сходство с субдоменом SARS-CoV, но его рецептор-связывающий субдомен (RBSD) значительно отличается. [54]
Болезнь синего языка — это незаразное трансмиссивное заболевание, вызываемое вирусом синего языка, который поражает виды жвачных животных (особенно овец ). [56] Изменение климата было связано с возникновением и глобальным распространением этого заболевания из-за его влияния на распределение переносчиков. Естественным переносчиком вируса синего языка является африканская мошка C. imicola , которая обычно ограничена Африкой и субтропической Азией. Однако глобальное потепление расширило географический ареал C. imicola , так что теперь он пересекается с другим переносчиком ( C. pulcaris или C. obsoletus ) с гораздо более северным географическим ареалом. Это изменение позволило вирусу синего языка перепрыгнуть через переносчика, тем самым вызвав распространение болезни синего языка на север в Европу. [57]