Вирусы гриппа, поражающие людей, делятся на три типа: A, B и C. Грипп A ответственен за исторически задокументированные эпидемии и поражает не только людей, но также свиней, лошадей, тюленей и значительное число видов птиц3,6. Грипп A был изолирован во всем мире как от домашних, так и от диких птиц, в первую очередь от водоплавающих, включая уток, гусей, крачек и чаек, а также от домашних птиц, таких как индейки, куры, перепела, фазаны, гуси и утки. Исследования диких уток в Канаде с 1975 по 1994 годы показали, что до 20 % молоди были инфицированы, а образцы фекалий из мест их обитания на берегу озера содержали вирус. Эти птицы обычно распространяют вирус в течение пяти-семи дней (максимум до 30 дней) после заражения, даже если у них нет никаких признаков болезни. Очевидно, что этот вирус и его хозяева взаимно адаптировались на протяжении многих столетий и создали резервуар, обеспечивающий сохранение вируса. Вирус уток был причастен к вспышкам гриппа у таких животных, как тюлени, киты, свиньи, лошади и индейки. Обширный анализ генетической структуры вируса или последовательностей его нуклеиновой кислоты подтверждает гипотезу о том, что вирусы гриппа млекопитающих, включая штаммы, инфицирующие людей, вероятно, произошли от водоплавающих птиц.

Вирусы гриппа А от водных птиц плохо развиваются в клетках человека и наоборот. Однако вирусы как птичьего, так и человеческого гриппа могут реплицироваться у свиней. О восприимчивости свиней к вирусам гриппа, инфицирующих людей, мы знаем еще с тех пор, как ветеринар Дж. С. Коен впервые обнаружил свиней с симптомами гриппа, очень сходными с таковыми у людей. Ретроспективные исследования крови человека показывают, что вирус свиней, выделенный Шопом в 1928 году, был похож на вирус человека и, вероятно, сыграл роль в эпидемии среди людей. Свиной грипп персистирует круглогодично и является причиной большинства респираторных заболеваний свиней. Интересно, что в 1976 году вирус гриппа свиней, выделенный от призывников в Форт-Дикс, был неотличим от вирусных изолятов, полученных от людей и свиней на ферме в Висконсине. Исследователи пришли к выводу, что животные, особенно водоплавающие птицы и свиньи, могут быть резервуарами вируса гриппа. Когда такие вирусы или их компоненты смешиваются с вирусом гриппа человека, могут последовать радикальные генетические сдвиги, создающие потенциал новой эпидемии для людей.

Вирус гриппа постоянно эволюционирует путем антигенного сдвига и дрейфа. Ранние исследования в этой предметной области, проведенные Робертом Вебстером и Грэмом Лавером, установили важность мониторинга штаммов гриппа для прогнозирования будущих эпидемий39-41. Антигенные сдвиги – это важные изменения в структуре вируса гриппа, определяющие его взаимодействия с иммунной системой. Из вирусных белков гемагглютинин, главный гликопротеин вируса, играет центральную роль в инфекции, поскольку он отвечает за прикрепление к клеткам хозяина. Для инфицирования необходимо разделение гемагглютинина вируса на две более мелкие единицы. Изменения в составе гемагглютинина (H) или нейраминидазы (N), другого гликопротеина вируса гриппа, наблюдались во время эпидемий 1933, 1957, 1968 и 1977 годов:

1933: H1N1

1957: H2N2 (азиатский грипп)

1968: H3N2 (гонконгский грипп)

1977: повторное появление H1N1, называемое «русским гриппом»

Повторное появление в 1977 году вируса русского гриппа, имевшего почти полную генетическую идентичность с вирусами H1N1, которых было в изобилии в 1933 году, повышает вероятность того, что вирус сохранялся в каком-то неопределенном месте, вероятно, в замороженном состоянии.

Начиная с 1995 года Джефф Таубенбергер и его коллеги из Института патологии вооруженных сил в Вашингтоне, округ Колумбия, начали анализ легочных тканей людей, умерших во время пандемии гриппа 1918 года. В марте 1997 года часть нуклеиновой кислоты вируса гриппа была выделена из фиксированного формалином образца легочной ткани 21-летнего военнослужащего, погибшего во время пандемии гриппа в Испании в 1918–1919 годах15.

В течение следующих 10 лет с использованием коллекции дополнительных фиксированных формалином тканей и кусочка легочной ткани уроженца Аляски, умершего во время пандемии 1918–1919 годов и похороненного в вечной мерзлоте (подобно ткани, хранящейся в морозильной камере), был возрожден вымерший вирус гриппа 1918 года16, что явилось чудом молекулярной биологии и научной интуиции. Технология включала не только выделение РНК из пораженной ткани жертвы давней пандемии и создание копии ДНК на матрице РНК, но и независимое использование обратной генетики, сначала Питером Палезе из Медицинской школы Маунт-Синай в Нью-Йорке, а затем Йошихиро Каваока из Университета Висконсина. Сочетание этой технологии и творческих усилий ученых позволило восстановить активный реплицирующийся вирус гриппа пандемии 1918 года. Опять же, свою роль сыграла интуиция. Как сказал мне Джефф Таубенбергер, «завершив свое медицинское и исследовательское образование (в области иммунологии), я занял должность главы лаборатории молекулярной патологии в Институте патологии вооруженных сил США в Вашингтоне, округ Колумбия». Когда его руководитель попросил его спланировать, помимо его основного исследовательского интереса, иммунологии, проект с использованием образцов, хранящихся в Институте вооруженных сил, Таубенбергер решил использовать ткани из коллекции фиксированных формалином живых тканей, в изобилии хранящихся в Институте, для поиска геномных последовательностей вируса пандемического гриппа. Это не было новым подходом, так как исследователи из нескольких лабораторий занимались подобным поиском реликтовых микроорганизмов. Преимущество Таубенбергера заключалось в том, что он нашел образцы тканей времен пандемии гриппа 1918 года, не затронутые вторичными бактериальными инфекциями, которые могли бы повредить последовательности вирусной РНК.

Поскольку первые вирусы гриппа были выделены в 1930-х годах, характеристика штамма 1918–1919 годов основывалась на молекулярном определении вирусной РНК. Последующая реконструкция вируса гриппа, содержащего все восемь его субъединиц и с использованием обратной генетики для создания инфекционного вируса, дала новую и неожиданную информацию16,42-45. Во-первых, в отличие от вирусов гриппа пандемий 1957 и 1968 годов, у которых гены гемагглютинина и нейраминидазы были пересортированы с птичьими генами, гены H и N вируса пандемического гриппа 1918 года произошли из чисто птичьего источника и скрестились с человеческими после генетической адаптации. Таким образом, анализ генетической последовательности H1N1 пандемического вируса гриппа 1918 года по сравнению с последовательностями нескольких биологических видов показал происхождение от птиц, поскольку последовательность H1N1 была ближе к последовательностям птичьего H1N1, чем к последовательностям H1N1 человека. Последние гены отличались генетически на 25 изменений в последовательности белка от всех известных генов птичьего гриппа. Возможно, эти исходные последовательности у птиц больше не встречаются или представляет собой смесь последовательностей птиц, свиней, и человека. Однако за период 1918–1919 годов нет отчетов, где упоминались бы аномальная смертность или болезни среди водоплавающих или других птиц. Вирусологи-детективы сейчас обследуют на наличие вирусов гриппа коллекции птиц в Смитсоновском институте, составленные примерно в 1918–1919 годах.