Введение

Болезни человека и животных

Коровья оспа – инфекционное заболевание, вызванное вирусом коровьей оспы (CPXV). Оно проявляется крупными волдырями на коже, лихорадкой и увеличением лимфатических узлов, исторически чаще всего после контакта с заражённой коровой, хотя в последние несколько десятилетий всё чаще (хотя и в целом редко) – от заражённых кошек. Чаще всего поражаются руки и лицо, при этом высыпания обычно очень болезненны. Вирус, относящийся к роду Orthopoxvirus, тесно связан с вирусом вакцинии. Вирус является зоонозным, то есть передаётся между видами, например, от кошки к человеку. Впервые перенос заболевания был замечен у работников молочного животноводства, которые касались вымени заражённых коров и в результате развивали характерные пустулы на руках. Коровья оспа чаще встречается у животных, отличных от крупного рогатого скота, таких как грызуны. Коровья оспа сходна с, но значительно легче, чем высококонтагиозная и часто смертельная оспа. Наблюдаемый иммунитет к оспе вдохновил на создание современной вакцины против оспы, разработанной и применённой английским врачом Эдвардом Дженнером. Первое описание коровьей оспы было дано Дженнером в 1798 году. Термин "вакцинация" происходит от латинского прилагательного *vaccinus*, означающего "коровий" или "от коровы". После вакцинации у пациента вырабатываются антитела, которые обеспечивают ему иммунитет к коровьей оспе, а также к вирусу оспы, или вирусу вариолы. Вакцинация против коровьей оспы и последующие её модификации оказались настолько успешными, что в 1980 году Всемирная организация здравоохранения объявила об искоренении оспы – первой болезни, побеждённой благодаря вакцинации во всём мире. Вирус распространён в Европе, преимущественно в Великобритании. Случаи заражения людей в настоящее время очень редки и чаще всего происходят при контакте с домашними кошками. Вирус редко встречается у крупного рогатого скота; основными резервуарными хозяевами вируса являются лесные грызуны, особенно полёвки. От этих грызунов домашние кошки заражаются и передают вирус людям. Симптомы у кошек включают поражения на лице, шее, передних конечностях и лапах, а реже – инфекции верхних дыхательных путей. Симптомы заражения вирусом коровьей оспы у людей носят локальный характер, проявляются в виде пустулёзных высыпаний, обычно на руках и ограниченных местом проникновения вируса. Инкубационный период составляет 9–10 дней. Вирус наиболее распространён в конце лета и осенью.

Открытие

В 1770–1790 годах по крайней мере шесть человек, контактировавших с коровами, независимо друг от друга проверили возможность использования вакцины против коровьей оспы для иммунизации людей от оспы. Среди них были английский фермер Бенджамин Джести в Дорсете в 1774 году и немецкий учитель Петер Плетт в 1791 году. Джести привил своей жене и двум маленьким сыновьям коровью оспу, чтобы иммунизировать их от оспы, эпидемия которой разразилась в их городе. Его пациенты, заразившиеся и выздоровевшие от коровьей оспы (в основном доярки), казалось, были иммунизированы не только к дальнейшим случаям коровьей оспы, но и к оспе. Он соскребал жидкость из коровьих оспенных высыпаний на кожу здоровых людей, тем самым иммунизируя их от оспы. Сообщалось, что во время вспышек оспы фермеры и люди, регулярно работавшие с крупным рогатым скотом и лошадьми, часто избегали заражения. Исследования, проведенные британской армией в 1790 году, показали, что конные войска заражались оспой реже, чем пехота, вероятно, из-за контакта с вирусом оспы лошадей (Variola equina). К началу XIX века в Великобритании было вакцинировано более 100 000 человек. Метод передачи вакцины от коровьей оспы от человека к человеку также использовался для распространения вакцины Дженнера по всей Испанской империи. В 1798 году дочь испанского короля Карла IV заболела оспой, и после ее выздоровления он распорядился вакцинировать всю свою семью. В 1803 году король, убежденный в пользе вакцины, приказал своему личному врачу Франсиску Ксавье де Бальмису доставить ее в испанские владения в Северной и Южной Америке. Чтобы сохранить вакцину в работоспособном состоянии во время плавания, врач набрал из испанских приютов 22 мальчиков в возрасте от трех до девяти лет, которые никогда не болели коровьей оспой или оспой. Во время путешествия через Атлантику де Бальмис вакцинировал сирот по принципу «живой цепи». Двоих детей вакцинировали непосредственно перед отплытием, и когда на их руках появились пустулы коровьей оспы, материал из этих высыпаний использовался для вакцинации еще двоих детей. В 1796 году английский врач Эдвард Дженнер проверил теорию о том, что коровья оспа может защитить человека от заражения оспой. Долгое время существовали предположения о происхождении вакцины Дженнера, пока данные секвенирования ДНК не показали тесное родство между вирусами оспы лошадей и коровьей оспы. Дженнер заметил, что конюхи иногда доят коров и что материал от болезни лошадей может вызывать везикулярное заболевание у коров, от которых и получали вакцину против оспы. Современные свидетельства подтверждают предположение Дженнера о том, что вакцина, вероятно, произошла от болезни лошадей, известной как «смазка». Хотя коровья оспа обычно возникает на вымени коров, Дженнер взял образец у доярки Сары Нельмес. Дженнер извлек гной из одного из высыпаний коровьей оспы на Нельмес и ввел его восьмилетнему мальчику Джеймсу Фиппсу, который никогда не болел оспой. У него в итоге образовалась струп и поднялась температура, которые были под контролем. Примерно через шесть недель Дженнер ввел Фиппсу активный образец вируса оспы, чтобы проверить теорию. После длительного наблюдения было установлено, что Фиппс не отреагировал на него. Хотя Дженнер не был первым, кто предположил, что коровья оспа защищает от вируса оспы, его эксперимент доказал эту теорию. В последующие годы Дженнер популяризировал эксперимент, назвав его вакцинацией, от латинского слова «корова» – vacca. Количество вакцинаций среди людей того времени резко возросло. Это считалось относительно безопасной процедурой по сравнению с обычной инъекцией. Хотя популярность вакцинации выдвинула Дженнера на первый план, он в основном сосредоточился на изучении того, почему коровья оспа позволяла людям не заражаться оспой. Честь открытия вакцинации часто приписывают Бенджамину Джести, но он не был ученым и не повторял и не публиковал свои результаты. Считается, что он первым использовал коровью оспу в качестве вакцины, хотя термин «вакцинация» еще не был изобретен. Во время вспышки оспы Джести переносил кусочки коровьего вымени, которые, как он знал, были заражены коровьей оспой, на кожу своим родственникам, надеясь защитить их. Джести не публиковал свои результаты, а Дженнер, который сделал свою первую прививку 22 годами позже и опубликовал свои результаты, присвоил себе заслугу. Говорят, что Дженнер сделал это открытие самостоятельно, возможно, не зная о предыдущих сведениях, полученных за 20 лет до этого. Хотя Джести, возможно, и открыл это первым, Дженнер сделал вакцинацию широкодоступной и поэтому ему приписывают ее изобретение.

Жизненный цикл

Геном CPXV составляет более 220 кпн. Это делает его самым крупным геномом среди видов Orthopoxvirus. Геном можно разделить на три различных региона: два концевых региона, называемые R1 и R2, и центральный регион, составляющий примерно половину размера генома. Также присутствуют инвертированные концевые повторы, расположенные на концах генома и имеющие размер около 10 кпн. Эти инвертированные концевые повторы, в свою очередь, делятся на два отдельных региона. Первый участок длиной около 7,5 кпн и содержит кодирующую область. Другой участок включает в себя концевой регион, который может повторяться до тридцати раз и состоит из 50 нуклеотидов. Геном CPXV кодирует всего 30-40% продуктов, из которых участвуют в патогенезе вируса. Геном CPXV обладает наиболее полным набором генов среди всех ортопоксивирусов. Эта уникальная особенность CPXV делает его предрасположенным к мутациям и образованию различных штаммов вируса. Это ДНК-вирус с двойной спиралью. Вирус имеет оболочку, окружающую вирион. Геном вируса коровьей оспы позволяет ему кодировать собственный механизм транскрипции, а также собственный механизм репликации ДНК. Репликация происходит в цитоплазме после проникновения вируса в клетку и распаковки вириона. Затем вирион собирается и высвобождается из клетки-хозяина. Геном организован таким образом, что оба конца содержат гены, ответственные за подавление защитных механизмов иммунной системы хозяина, которые активируются только во внеклеточном пространстве. Эти рецепторы могут быть заблокированы секрецией цитокинов и хемокинов, нейтрализующих цитокины и хемокины, находящиеся во внеклеточной среде. Этот процесс отвечает за прикрепление и проникновение вириона в клетку-хозяина. Большой размер генома повышает способность вируса противостоять защитным механизмам иммунной системы. Среди всех оспенных вирусов CPXV вызывает наиболее выраженную цитокиновую реакцию, направленную на подавление иммунной системы. Он кодирует рецепторы цитокинов, такие как белки TNF, CrmB, CrmC, CrmD и CrmE. Другой набор рецепторов, кодируемых CPXV, – лимфотоксины, такие как IL-1β, IFN-γ, IFN-1, β-хемокины и IL-18. Однако не все рецепторы CPXV известны на данный момент. CPXV также кодирует четыре фактора некроза опухоли (TNF) и лимфотоксины, которые составляют самую большую группу гомологичных рецепторов вируса. Эти рецепторы играют важную роль в функционировании иммунной системы. CPXV формирует два различных типа включений. Все оспенные вирусы содержат базофильные включения, также известные как включения типа B. Включения типа B содержат фабрику, где вирус производит необходимые элементы для репликации и созревания вириона. CPXV также формирует уникальные для некоторых хордопоксовирусов ацидофильные включения, известные как включения типа A (ATI). ATI кодируются геном cpxv158 и образуют белок ATIP, являющийся поздним белком. Однако роль этих ATI в жизненном цикле вируса до конца не изучена, и продолжаются исследования для лучшего понимания их функций. Известно, что репликация может продолжаться и без гена cpxv158, и цикл репликации не отличается у вирионов с полным геномом и у вирионов с делетированным геном cwpx158. Однако исследования на мышах показали, что поражения, вызванные CPXV BRΔati, заживали быстрее из-за меньшей потери ткани, чем поражения CPXV BR, которые заживали медленнее и сопровождались большей потерей ткани. Это подтверждает гипотезу о частичном участии ATI в реакции хозяина на вирусную инфекцию. Другой способ, которым вирус контролирует и заражает хозяина, – регулирование клеточных сигнальных путей. Во время инфекции CPXV активирует пути MEK/ERK1/2/Egr1, JNK1/2 и PI3K/Akt. Некоторые из этих путей не уникальны для CPXV, но их функционирование в ответ на хозяина является уникальным для этого вируса. Одним из важных белков CPXV является белок p28, состоящий из 242 аминокислот и содержащий два домена: N-концевой KilA N и C-концевой RING-домен. N-концевой домен KilA N обеспечивает связывание ДНК. Домен KilA N способствует трансляции белка p28 на ранней стадии цикла репликации в цитоплазме, где он остается на протяжении всего жизненного цикла вируса. В настоящее время проводятся исследования для определения, может ли белок p28 заменять необходимый макрофагальный фактор, необходимый для репликации ДНК.

Оппозиция

Большинство населения в то время приняло новую вакцинацию. Однако сохранялось сопротивление со стороны тех, кто не желал отказываться от прививок. Кроме того, росла обеспокоенность у людей, опасавшихся непредсказуемых последствий заражения человека животным заболеванием. Одним из способов выразить недовольство стало создание комиксов, в которых иногда изображались маленькие коровы, вырастающие из мест вакцинации. Другие публично выступали за продолжение использования прививок, однако это было не из-за несогласия с вакцинацией. Их нежелание было связано с опасением перемен. Они настолько хорошо знали процесс, результаты, преимущества и недостатки прививок, что не хотели столкнуться с неожиданными последствиями или эффектами вакцинации. Дженнер вскоре развеял их опасения после проведения обширных испытаний. Однако другие выступали против вакцинации по иным причинам. Из-за высокой стоимости прививок Дженнер столкнулся с небольшим количеством простолюдинов, отказывавшихся от вакцинации. Благодаря этому он нашёл достаточно испытуемых для своих исследований. В 1798 году он опубликовал результаты в брошюре: «Исследование причин и последствий Variolae Vaccinae, болезни, обнаруженной в некоторых западных округах Англии, в частности Глостершире, и известной под названием коровья оспа».

Историческое использование

После прививки вакцинация с использованием вируса коровьей оспы стала основной защитой от оспы. После заражения вирусом коровьей оспы организм (обычно) приобретает способность распознавать схожий вирус оспы по его антигенам и способен гораздо эффективнее бороться с этим заболеванием. Вирус коровьей оспы содержит 222 тысячи пар оснований ДНК, кодирующих информацию для приблизительно 203 204 генов. Это делает коровью оспу одним из самых сложных известных вирусов. Значительное количество этих генов содержит инструкции для ключевых компонентов человеческой иммунной системы, что дает подсказку о причинах высокой летальности близкородственной оспы. Вирус вакцины, используемый сейчас для вакцинации против оспы, достаточно отличается от вируса коровьей оспы, встречающегося в природе, чтобы считаться отдельным вирусом.

Британский парламент

Популярность вакцинации росла экспоненциально, и вместе с ней росла её денежная стоимость. Это осознал британский парламент, который выплатил Дженнеру 10 000 фунтов стерлингов за вакцину. Впоследствии ему было выплачено ещё 20 000 фунтов стерлингов. В последующие годы Дженнер продолжал активно продвигать свою вакцинацию, в отличие от всё ещё популярной прививки. В конечном итоге, в 1840 году прививки были запрещены в Англии и заменены вакцинацией против коровьей оспы как основным методом борьбы с оспой. Вакцинация против коровьей оспы спасла британской армии тысячи солдат, обеспечив им иммунитет к оспе в грядущих войнах. Коровья оспа также позволила Соединенному Королевству сэкономить тысячи фунтов стерлингов.

Оспа

Кинепокс – альтернативный термин для вакцины против оспы, использовавшейся в начале XIX века в Америке. Популяризированная Дженнером в конце 1790-х годов, кинепокс была гораздо более безопасным методом иммунизации людей против оспы, чем предыдущий метод – вариоляция, которая имела 3% уровень смертности. В знаменитом письме к Мериуэтеру Льюису в 1803 году Томас Джефферсон поручил экспедиции Льюиса и Кларка "взять с собой немного материала от кинепокса; сообщить тем из участников экспедиции, с кем вы будете контактировать, о его эффективности в качестве средства защиты от оспы; и поощрять его использование". Джефферсон проявлял интерес к защите американских индейцев от оспы, зная об эпидемиях вдоль реки Миссури в течение предыдущего столетия. За год до этих специальных указаний Льюису Джефферсон убедил делегацию североамериканских вождей, посетивших его, пройти вакцинацию от кинепокса зимой 1801–1802 годов. К сожалению, Льюис так и не получил возможности использовать кинепокс во время экспедиции, поскольку вакцина случайно оказалась неактивной – обычное явление в то время, когда вакцины не стабилизировались консервантами, такими как глицерин, или не хранились при низких температурах.

Профилактика

Сегодня вирус встречается в Европе, преимущественно в Великобритании. Случаи заражения людей очень редки (хотя в 2010 году коровьей оспой заразился лабораторный работник), и чаще всего происходит при контакте с домашними кошками. Инфекции у людей обычно остаются локализованными и самоограничивающимися, но могут привести к летальному исходу у пациентов с ослабленным иммунитетом. Вирус редко встречается у крупного рогатого скота; основными резервуарами вируса являются лесные грызуны, особенно полевки. Домашние кошки заражаются от этих грызунов. У кошек симптомы включают поражения на лице, шее, передних конечностях и лапах, а также, реже, инфекции верхних дыхательных путей. Симптомы заражения вирусом коровьей оспы у людей локализованы, проявляются в виде пустулезных поражений, обычно на руках, ограниченных местом проникновения вируса. Инкубационный период составляет от девяти до десяти дней. Вирус наиболее распространен в конце лета и осенью. Иммунитет к коровьей оспе развивается после вакцинации против оспы. Хотя в настоящее время для вакцинации используется вирус вакцинии, оспы достаточно близки друг к другу, чтобы организм выработал иммунитет как к коровьей, так и к оспе.