Классификация и особенности новых вирусных инфекций.

Введение

Классификация видов вирусов

Возникающий вирус – это вирус, который либо недавно появился, либо значительно увеличивает свою заболеваемость и/или географический ареал распространения, либо имеет потенциал для увеличения в ближайшем будущем. Возникающие вирусы являются основной причиной появления новых инфекционных заболеваний и создают серьезные проблемы для общественного здравоохранения во всем мире, учитывая их способность вызывать вспышки заболеваний, которые могут приводить к эпидемиям и пандемиям. Помимо вызываемых ими заболеваний, возникающие вирусы могут иметь серьезные экономические последствия. Другие примеры включают вирус иммунодефицита человека, вызывающий ВИЧ/СПИД; вирусы, ответственные за лихорадку Эбола; вирус гриппа H5N1, вызывающий птичий грипп; и H1N1/09, который вызвал пандемию свиного гриппа 2009 года (более ранний возникающий штамм H1N1 вызвал пандемию испанского гриппа 1918 года). Появление вирусов у людей часто является следствием зооноза, который подразумевает межвидовой перенос вирусного заболевания от других животных к человеку. Поскольку зоонозные вирусы существуют в природных резервуарах животных, их гораздо сложнее искоренить, и они могут, следовательно, вызывать персистирующие инфекции в популяциях людей. Возникающие вирусы не следует путать с вновь возникающими или недавно обнаруженными вирусами. Вновь возникающий вирус обычно рассматривается как вирус, который ранее уже появлялся, но в настоящее время наблюдается его повторное распространение, например, корь. Недавно обнаруженный вирус – это ранее не идентифицированный вирус, который циркулировал в популяции в виде эндемических или эпидемических инфекций. Недавно обнаруженные вирусы могли остаться неклассифицированными, поскольку не оставляли четких следов и/или не могли быть изолированы или культивированы в клеточной культуре. Примеры включают риновирус человека (основная причина обычной простуды, впервые идентифицированная в 1956 году), вирус гепатита C (в конечном итоге идентифицированный в 1989 году) и метапневмовирус человека (впервые описан в 2001 году, но предположительно циркулирует с XIX века). Поскольку обнаружение таких вирусов зависит от развития технологий, количество зарегистрированных случаев, вероятно, будет увеличиваться.

Зооноз

Учитывая редкость спонтанного возникновения новых видов вирусов, зооноз является наиболее частой причиной появления новых вирусов у людей. По оценкам, на этот феномен приходится 73% всех возникающих и возвращающихся патогенов, причем вирусы играют непропорционально большую роль. Широкий спектр животных, включая диких птиц, грызунов и летучих мышей, ассоциирован с зоонозными вирусами. Невозможно предсказать конкретные зоонозные события, связанные с определенным животным резервуаром в какой-либо момент времени, или в случаях, когда зоонозный патоген способен к устойчивой передачи от человека к человеку (как в случае вируса Эбола). Некоторые случаи передачи могут привести к адаптации вируса исключительно к заражению человека (как произошло с вирусом ВИЧ), в этом случае люди становятся новым резервуаром для патогена. Успешный зоонозный «переход» зависит от контакта человека с животным, несущим вариант вируса, способный инфицировать людей. Для преодоления ограничений по кругу хозяев и обеспечения эффективной передачи от человека к человеку, вирусы, происходящие из животного резервуара, обычно подвергаются мутациям, генетической рекомбинации и пересортировке. Благодаря быстрому размножению и высокой скорости мутаций, РНК-вирусы с большей вероятностью успешно адаптируются для инвазии в новую популяцию хозяев.

Летучие мыши

Хотя летучие мыши являются важными компонентами многих экосистем, они также часто оказываются источником новых вирусных инфекций. Их иммунная система эволюционировала таким образом, чтобы подавлять воспалительные реакции на вирусные инфекции, что позволяет им быть устойчивыми носителями эволюционирующих вирусов и, как следствие, служить основными резервуарами зоонозных вирусов. На один вид летучих мышей приходится больше зоонозных вирусов, чем на любой другой вид млекопитающих, и молекулярные исследования подтвердили, что они являются естественными хозяевами ряда известных зоонозных вирусов, включая коронавирусы, связанные с тяжелым острым респираторным синдромом, и филовирусы, вызывающие геморрагические лихорадки Эбола и Марбург. В плане потенциала передачи инфекций человеку летучие мыши заняли лидирующую позицию, ранее принадлежавшую грызунам. Пути передачи включают аэрозольное распространение слюны (например, при эхолокации), а также фекалий и мочи. Благодаря своей уникальной экологии и поведению, летучие мыши более восприимчивы к вирусным инфекциям и их распространению. Многие виды летучих мышей (например, бурые летучие мыши) образуют большие скопления в местах обитания, что способствует внутривидовой и межвидовой передаче вирусов. Кроме того, широкое распространение летучих мышей в городских районах приводит к тому, что люди иногда вторгаются в их места обитания, загрязненные гуано и мочой. Их способность к полету и миграционные пути позволяют летучим мышам распространять заболевания на обширные территории и одновременно приобретать новые вирусы.

Драйверы появления вируса

Появление вирусов часто является следствием как природных факторов, так и деятельности человека. В частности, экологические изменения могут значительно способствовать возникновению и повторному появлению зоонозных вирусов. Такие факторы, как вырубка лесов, лесовосстановление, фрагментация среды обитания и ирригация, могут влиять на то, как люди контактируют с дикими животными, и, следовательно, способствовать возникновению вирусов. Особенно важную роль в возникновении зоонозов играет потеря среды обитания резервуарных видов-хозяев. Кроме того, изменение климата может оказывать влияние на экосистемы и распространение переносчиков, что, в свою очередь, может влиять на появление вирусов, передаваемых переносчиками. Другие экологические изменения, например, интродукция видов и сокращение численности хищников, также могут влиять на возникновение и распространенность вирусов. Некоторые методы ведения сельского хозяйства, такие как интенсификация животноводства и неправильное обращение и утилизация фекалий сельскохозяйственных животных, также связаны с повышенным риском зоонозов. Вирусы могут возникать и из-за формирования групп населения, восприимчивых к инфекции. Например, вирус может появиться после утраты перекрестного защитного иммунитета, что может произойти в результате исчезновения дикого вируса или прекращения программы вакцинации. В развитых странах также наблюдается большая доля пожилых граждан и заболеваний, связанных с ожирением, что означает, что их население может быть более иммунокомпрометированным и, следовательно, подвержено риску заражения. Миграция животных также может приводить к появлению вирусов, как это было в случае с вирусом Западного Нила, распространявшимся мигрирующими популяциями птиц. Кроме того, человеческая практика производства и потребления продуктов питания также может способствовать риску возникновения вирусов. В частности, "влажные рынки" (то есть рынки живых животных) представляют собой идеальную среду для передачи вирусов из-за высокой плотности людей и диких/домашних животных. Концепция "Единое здоровье" направлена на укрепление здоровья животных, людей и окружающей среды на местном и глобальном уровнях посредством развития взаимопонимания и сотрудничества между специалистами из различных взаимосвязанных областей, включая биологию дикой природы, ветеринарную науку, медицину, сельское хозяйство, экологию, микробиологию, эпидемиологию и биомедицинскую инженерию.

Viral emergence is often a consequence of both nature and human activity. In particular, ecological changes can greatly facilitate the emergence and re emergence of zoonotic viruses. Factors such as deforestation, reforestation, habitat fragmentation, and irrigation can all impact the ways in which humans come into contact with wild animal species and consequently promote virus emergence. In particular, habitat loss of reservoir host species plays a significant role in emerging zoonoses. Additionally, climate change can affect ecosystems and vector distribution, which in turn can affect the emergence of vector borne viruses. Other ecological changes — for example, species introduction and predator loss — can also affect virus emergence and prevalence. Some agricultural practices — for example, livestock intensification and inappropriate management/disposal of farm animal feces — are also associated with an increased risk of zoonosis. Viruses may also emerge due to the establishment of human populations that are vulnerable to infection. For example, a virus may emerge following loss of cross protective immunity, which may occur due to loss of a wild virus or termination of vaccination program. Well developed countries also have higher proportions of aging citizens and obesity related disease, thus meaning that their populations may be more immunosuppressed and therefore at risk of infection. Animal migration can also lead to the emergence of viruses, as was the case for the West Nile virus which was spread by migrating bird populations. Additionally, human practices regarding food production and consumption can also contribute to the risk of viral emergence. In particular, wet markets (i. e., live animal markets) are an ideal environment for virus transfer, due to the high density of people and wild/farmed animals present. The One Health concept aims to promote the health of animals, humans, and the environment, both locally and globally, by fostering understanding and collaboration between practitioners of different interrelated disciplines, including wildlife biology, veterinary science, medicine, agriculture, ecology, microbiology, epidemiology, and biomedical engineering.

Вирулентность возникающих вирусов

Поскольку организмы-хозяева иммунологически наивны к патогенам, с которыми они ранее не встречались, вновь возникающие вирусы часто обладают чрезвычайно высокой вирулентностью, определяемой их способностью вызывать заболевание. 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. Эта коэволюция позволяет естественному хозяину справляться с инфекцией. Однако, когда вирус переходит к новому хозяину (например, человеку), последний не способен справиться с инфекцией из-за отсутствия коэволюции, что приводит к несоответствию между иммуноэффекторами хозяина и иммуномодуляторами вируса. Кроме того, для максимизации передачи вирусы часто естественным образом подвергаются аттенуации (то есть вирулентность снижается), чтобы инфицированные животные могли выжить достаточно долго для более эффективного заражения других особей. Однако, поскольку аттенуация требует времени, новые популяции хозяев изначально не извлекают из этого выгоды. Более того, поскольку зоонозные вирусы также естественным образом существуют в резервуарах животных, вирусы гриппа классифицируются на типы A, B, C и D на основе их основных белков. В то время как грипп A и B могут вызывать эпидемии у людей, грипп A также обладает пандемическим потенциалом и более высокой скоростью мутаций, что делает его наиболее значимым для общественного здравоохранения. Вирусы гриппа A далее классифицируются на подтипы, основанные на комбинациях поверхностных гликопротеинов гемагглютинина (ГА) и нейраминидазы (НА). Основным естественным резервуаром для большинства подтипов гриппа A являются дикие водоплавающие птицы; ключевым фактором, определяющим способность конкретного подтипа гриппа A инфицировать людей, является его специфичность связывания. Птичий грипп A преимущественно связывается с рецепторами клеточной поверхности, содержащими терминальную α2,3-связанную сиаловую кислоту, в то время как человеческий грипп A преимущественно связывается с рецепторами клеточной поверхности, содержащими терминальную α2,6-связанную сиаловую кислоту. Некоторые вирусы птичьего гриппа A успешно изменили свою специфичность связывания с α2,3-связанной на α2,6-связанную сиаловую кислоту. Однако, чтобы перейти к человеку, вирусам птичьего гриппа A также необходимо адаптировать свои РНК-полимеразы для функционирования в клетках млекопитающих, а также мутировать для обеспечения стабильности в кислой среде дыхательных путей человека. После адаптации и смены хозяина вирусы гриппа A могут вызывать эпидемии и пандемии у людей. Незначительные изменения в структуре ГА и НА (антигенный дрейф) происходят часто, что позволяет вирусу вызывать повторные вспышки (то есть сезонный грипп), уклоняясь от иммунного распознавания. Кроме того, хотя вирусы животного гриппа A (например, свиной грипп) отличаются от вирусов гриппа человека, они все же могут вызывать зоонозные инфекции у людей. Эти инфекции в основном приобретаются при прямом контакте с инфицированными животными или загрязненной средой, но не приводят к эффективной передаче от человека к человеку; примерами являются грипп H5N1 и грипп H7N9. Поскольку SARS-CoV-1 наиболее заразен после появления симптомов, введение строгих мер общественного здравоохранения эффективно остановило эпидемию. Однако более поздний анализ показывает, что SARS-CoV-1 мог напрямую перейти от летучих мышей к людям, с последующей перекрестной передачей между людьми и циветами. Хотя MERS-CoV, вероятно, возник у летучих мышей, верблюды-дромедары были вовлечены в качестве вероятных промежуточных хозяев. Считается, что MERS-CoV циркулирует у этих млекопитающих более 20 лет. Исследования показали, что люди могут заразиться MERS-CoV при прямом или косвенном контакте с инфицированными верблюдами-дромедарами, в то время как передача от человека к человеку ограничена. Изменение климата связано с возникновением и глобальным распространением этого заболевания из-за его влияния на распространение переносчиков. Естественным переносчиком вируса болезни синего языка является африканский моховик C. imicola, который обычно встречается только 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), имеющим гораздо более северный географический ареал. Это изменение позволило вирусу болезни синего языка перейти к другому переносчику, что привело к распространению болезни синего языка на север в Европу.

As hosts are immunologically naïve to pathogens they have not encountered before, emergent viruses are often extremely virulent in terms of their capacity to cause disease. Their high virulence is also due to a lack of adaptation to the new host; viruses normally exert strong selection pressure on the immune systems of their natural hosts, which in turn exerts a strong selection pressure on viruses. This coevolution means that the natural host is able to manage infection. However, when the virus jumps to a new host (e. g., humans), the new host is unable to deal with infection due to a lack of coevolution, which results in mismatch between host immunoeffectors and virus immunomodulators. Additionally, in order to maximize transmission, viruses often naturally undergo attenuation (i. e., virulence is reduced) so that infected animals can survive long enough to infect other animals more efficiently. However, as attenuation takes time to achieve, new host populations will not initially benefit from this phenomenon. Moreover, as zoonotic viruses also naturally exist in animal reservoirs, Based on their core proteins, influenza viruses are classified into types A, B, C, and D. While both influenza A and B can cause epidemics in humans, influenza A also has pandemic potential and a higher mutation rate and is therefore most significant to public health. Influenza A viruses are further classified into subtypes, based on the combinations of the surface glycoproteins hemagglutinin (HA) and neuraminidase (NA). The primary natural reservoir for most influenza A subtypes are wild aquatic birds; A key determinant of whether a particular influenza A subtype can infect humans is its binding specificity. Avian influenza A preferentially binds to cell surface receptors with a terminal α2,3‐linked sialic acid, while human influenza A preferentially binds to cell surface receptors with a terminal α2,6‐linked sialic acid. Via mutation, some avian influenza A viruses have successfully altered their binding specificity from α2,3‐ to α2,6‐linked sialic acid. However, in order to emerge in humans, avian influenza A viruses must also adapt their RNA polymerases for function in mammalian cells, as well as mutating for stability in the acidic respiratory tract of humans. Following adaptation and host switch, influenza A viruses have the potential to cause epidemics and pandemics in humans. Minor changes in HA and NA structure (antigenic drift) occur frequently, which enables the virus to cause repetitive outbreaks (i. e., seasonal influenza) by evading immune recognition. Additionally, although animal influenza A viruses (e. g., swine influenza) are distinct from human influenza viruses, they can still cause zoonotic infection in humans. These infections are largely acquired following direct contact with infected animals or contaminated environments, but do not result in efficient human to human transmission; examples of this include H5N1 influenza and H7N9 influenza. As SARS CoV 1 is most contagious post symptoms, the introduction of strict public health measures effectively halted the epidemic. However, more recent analysis suggests that SARS CoV 1 may have directly jumped from bats to humans, with subsequent cross transmission between humans and civets. Although MERS CoV is likely to have originated in bats, dromedary camels have been implicated as probable intermediate hosts. MERS CoV is believed to have been circulating in these mammals for over 20 years, Studies have shown that humans can be infected with MERS CoV via direct or indirect contact within infected dromedary camels, while human to human transmission is limited. Climate change has been implicated in the emergence and global spread of this disease, due to its impact on vector distribution. The natural vector of the bluetongue virus is the African midge C. imicola, which is normally limited to Africa and subtropical Asia. However, global warming has extended the geographic range of C. imicola, so that it now overlaps with a different vector (C. pulcaris or C. obsoletus) with a much more northward geographic range. This change enabled the bluetongue virus to jump vector, thus causing the northward spread of bluetongue disease into Europe.