Вирус бешенства. Беспощадная непостижимость

Мой первый урок по бешенству начался с инструктора который молча вышел и нарисовал на доске огромные «100%» © LAB-66

Про бешенство говорится много и часто. В массовом сознании существует огромное количество слухов, домыслов, страхов. Все это до поры до времени сосуществовало где-то параллельно относительно меня. Но вот недавно на родственника бросилась (внезапно) домовая мышь и прокусила ему до крови палец. Несмотря на очевидность ситуации, пришлось потратить значительную часть времени на объяснение человеку того, чем все это чревато, перебрать в Интернет кучу ссылок. В итоге пострадавший все-таки отправился к врачу, а я понял, что пора браться за клавиатуру и писать себе туториал для таких случаев.

Про бешенство. Под катом

Вирус, несущий ужас

Нет наверное среди читателей человека, который бы никогда не слышал про бешенство. Это заболевание, которое хотя никогда не вызывало эпидемий, но тем не менее вызывает почти что суеверный ужас (совершенно не соизмеримый с рисками). Фраза «у страха глаза велики» — это про бешенство. Уж очень живой отклик в сознании людей находят устрашающие клинические симптомы заболевания, которые проявляются перед смертью заболевшего. Значительную роль отыгрывают и различные фильмы ужасов, тиражирующие тренд «зомби-апокалипсиса» распространяющегося через укусы. Все фильмы про зомби, вампиров, оборотней — все это проекции интуитивного страха человечества перед бешенством.

Предположу, что именно такой подсознательный, интуитивный страх стал одной из причин, по которой легендарный Луи Пастер (до этого занимавшийся лишь заболеваниями животных) вдруг решил взяться за человеческую болезнь и создать вакцину против бешенства. Позднее его ассистент, Эмиль Ру, писал в своих мемуарах о том, что бешенство было выбрано не только из-за медицинской репутации «самой загадочной» из всех болезней, но и потому, что в сознании масс не было болезни вызывавшей бы больший ужас. Поэтому не удивительно что в 1885 году, когда Пастер завершил свою работу над вакциной от бешенства, он мгновенно стал мировой знаменитостью и удостоился первых полос газет всего мира. Хотя он имел и более впечатляющие научные достижения (например, открытие пастеризации), к которым общественность отнеслась с прохладой. Кстати история с разработкой первой в мире вакцины от бешенства описана в замечательной книге Поля де Крюи «Охотники за микробами».

Бешенство - это вирусное заболевание, поражающее центральную нервную систему, которое ежегодно приводит к смерти примерно 60 тысяч человек (возможно - больше), из которых 40% составляют дети младше 15 лет. 99% случаев бешенства у людей вызваны укусами и царапинами собак, на 1% оставшихся приходятся кошки и лисы.

Беларусские белые халаты сообщают

Переносчиками бешенства, кроме названных, могут быть многие другие животные (точнее, млекопитающие и некоторые птицы) -  еноты, рогатый скот, летучие мыши, петухи, обезьяны, шакалы, ежи, белки, крысы и мыши. Здесь отмечу, что существуют дискуссионные мнения о том, что именно грызуны могут являтся естественным резервуаром. Про аэровакцинацию лесного зверья см. — Лесные кружочки

Вирус standalone не устойчив в окружающей среде, практически мгновенно разрушается при кипячении и облучении поверхностей коротковолновым ультрафиолетом, не говоря уж про гипохлорит&пероксид. Но в биологических жидкостях жизнеспособность вирионов может сохраняться достаточно долго. Поэтому не удивительно, что основной путь передачи людям и животным идет через слюну и любые повреждения кожного покрова - укусы, царапины или открытые раны, а также прямой контакт со слизистыми оболочками (глаза, рот).

Теоретически (!) заразиться бешенством можно и воздушно-капельным путем, от вдыхания выдыхаемого животным воздуха. Или например после контакта с мочой зараженного животного. Это все именно в теории, потому что клинически подтвержденных случаев передачи бешенства воздушно-капельным путем нет. Сюда же можно отнести и гипотезу о том, что бешенство передается от человека человеку. В теории, если поцеловать человека-носителя вируса, то передача может осуществиться. Но на практике случаев передачи человек-человек единицы на весь мир.

Как протекает заражение

Предположим человека укусило бешеное животное и слюна попала в рану. Вирус обычно сначала поражает мышечные клетки вблизи места заражения, в них вирусы способны размножаться будучи «не замеченными» иммунной системой хозяина. Помогает в этом как входящий в состав вириона фосфопротеин, снижающий выделение в клетках интерферона, естественного противовирусного препарата организма, так и поверхностный «абордажный» протеин. О них далее мы поговорим отдельно. Первыми вирус начинает атаковать ацетилхолиновые рецепторы в нервно-мышечном соединении, дендритах нейронов в месте укуса.

Можно считать, что в человека попала нанопуля. Вирион действительно очень напоминает наноразмерную копию пули из пистолета Макарова (только со спиральной симметрией). Длина его составляет 150–180 нм, поперечное сечение 50–75 нм.

На фотографии - криомикроскопия вириона везикулярного стоматита, модельного вируса из семейства Rhabdoviridae.

Вирус бешенства относится к т.н. (-)ssRNA вирусам. Другими примерами этого типа вирусов являются вирус кори, вирус гриппа, вирус Марбурга, вирус Эбола. Т.е. одни из самых смертельных патогенов известных человечеству. Поэтому понимание принципов работы этих объектов - это отличное вложение в общенаучную эрудицию. Как-никак эпоха Пандемицена is here

Все члены Rhabdoviridae имеют размер генома чуть больше 10 kB (прим. kB — это не килобайт, и не киловольт. Это 10 000 пар азотистых оснований-нуклеотидов, англ. Base). Кодирует геном всего пять генов: три структурных белка: нуклеокапсидный белок или нуклеопротеин (далее N), матричные белки (далее M, где М1-протеин матрикса внутреннего слоя, М2-протеин матрикса внешнего слоя), гликопротеин (далее G) плюс фосфопротеин (далее P) и многофункциональную РНК-зависимую РНК полимеразу она же РНК-репликаза (далее L). Вирион имеет трехслойную организацию: слой матричного белка (M) находится между мембранной оболочкой, щедро утыканной шипами гликопротеина, и и нуклеокапсидом, состоящим из нуклеокапсидного белка (N) тесно охватывающего (-)ssRNA.

Пару слов про функционал каждой из составных частей вириона. Полимераза (L) нужна для чтения и копирования геномной РНК в цитоплазме клетки. Матричный протеин (М) играет ключевую роль в сборке вирусной частицы, он сводит вместе комплекс (-)ssRNA + (N) + (L) и белки (G) на мембране.

Гликопротеины (G) это «абордажные крюки» вириона, наверное один из важнейших инструментов. Они фиксируются на поверхности вирусной частицы и служат для распознавания и проникновения в клетку. Протеин (G) обладает иммуногенными и антигенными свойствами. Именно антитела на этот белок определяют в клинических тестах на бешенство. На поверхности мембраны вируса (G) белки формируют локальные кластеры тримеров высотой примерно 12 нм. На картинке ниже показано как они выглядят.

Эти поверхностные гликопротеиновые тримеры обеспечивают связывание с никотиновым ацетилхолиновым рецептором (nAChR).

Что представляет из себя nAChR рецептор

Можно заметить как близки геометрические формы ацетилхолинового рецептора и кластеров на поверхности вириона. Считается, что процесс заражения требует согласованного участия множества тримеров.

Ацетилхолиновый никотиновый рецептор, выбран не просто так. Фактически, это основной рецептор, обеспечивающий коммуникацию между нашими нервными клетками. Когда вирион цепляется своими (G) крюками за никотиновый рецептор нервной клетки человека, мембрана клетки сжимается (процесс пиноцитоза), формирует вокруг вируса пузырек-везикулу-эндосому и впускает вирион внутрь себя. Протонные помпы автоматически перекачивают внутрь эндосомы протоны (подкисляют среду), чтобы упростить разрушение содержимого пузырька. Но в случае вируса подкисление действуют как спусковой крючок. Поверхностные (G) протеины в этих условиях изменяют свою конформацию и формируют зацепы, разрывающие мембрану эндосомы. Мембрана вируса и мембрана эндосомы сливаются и содержимое вириона попадает в цитоплазму клетки. Содержимое - это (-)ssRNA (обратная нуклеокапсидным протеинам) и РНК-репликаза в комплексе с фосфопротеином (он является кофактором, «молекулой помощником» полимеразы)

Дальше внутри клетки (Р) белок вируса связывается с моторным белком клетки - динеином («садится на поезд к ядру») и едет к центру клетки. Рельсами здесь служат т.н. микротрубочки, а сам динеин этаким локомотивом .

Динеины - группа моторных белков, способных перемещаться по поверхности микротрубочек цитоскелета, и трансформирующих химическую энергию, содержащуюся в АТФ, в механическую энергию движения, перенося грузы (cargo) - везикулы, митохондрии и др.

В нейронах динеин отвечает за т.н. ретроградный транспорт  -  т.е. перемещение молекул от аксона до тела клетки, где содержится ядро.

Примечание про транспортные белки

Существует два вида моторных белков для перевозки грузов внутри клеток - кинезин и динеин. Кинезины обычно перемещают грузы от центра клетки к периферии, двигаясь по микротрубочкам от минус-концов к плюс-концам. Они используют энергию гидролиза АТФ для движения. Динеины, напротив, переносят грузы от периферии к центру клетки, двигаясь к минус-концам микротрубочек.

Транспортные белки участвуют в таких процессах, как позиционирование клеточных органелл, биение ресничек и жгутиков, а также в движении хромосом во время митоза. Транспортные белки обеспечивают перемещение веществ и органелл на большие (относительно) расстояния, что невозможно было бы достичь только за счёт диффузии.

На фрагменте видео ниже можно посмотреть, как динеины и кинезины выглядят.

В цитоплазме вблизи ядра происходит размножение вируса. РНК-репликаза начинает транскрибировать из исходной (-)ssRNA пять цепей матричной РНК (по числу нужных белков) и (+)ssRNA, используя найденные внутри цитоплазмы свободные нуклеотиды. Далее пять нитей мРНК в свободных рибосомах цитоплазмы транслируются в соответствующие белки (P-, L-, N-, G- и M). 

Зачем вирус едет к ядру клетки? А хотя бы затем, чтобы т.н. эндоплазматический ретикул (или эндоплазматическая сеть) правильно сложил (folding) G-белок и создал ему нужную пространственную структуру. А после аппарат Гольджи добавил ему углеводный остаток (гликозилировал).

Как только накопится «критическая масса» вирусных белков (предположительно триггер — это (N)-белок), РНК-репликаза переключается с транскрипции генов на репликацию генома и начинает синтезировать из (+)ssRNA новые (-)ssRNA цепи, которые образуют комплексы с N, P, L и M белками и перемещаются к внутренней мембране клетки, тому месту где G-белок встроился в мембрану. Этот белок по спирали обвивается вокруг комплекса белков N-P-L-M, забирая с собой часть мембраны клетки-хозяина и тем самым в процессе самоорганизации образуя новую внешнюю оболочку отпочковывающегося вириона.

Вирус выходит из клетки, происходит это чаще всего в коротких, сильно разветвленных отростках нейрона под названием дендритов. Вирионы выходят в синаптическую полость, где их ждет аксон следующего нейрона с уже знакомыми nAChR рецепторами.

Синаптическая щель - это пространство между пресинаптической мембраной и постсинаптической мембраной от 20 до 30 нанометров шириной, которое содержит связующие пре- и постсинапс структуры, построенные из протеогликана.

Повторяя описанный выше путь, вирус постепенно продвигается вперед. Притом делает он это медленно (скорость переноса по аксонам порядка 200-400 мм/день), но тем не менее абсолютно верно. Между спинным и головным мозгом вирус распространяется с током цереброспинальной жидкости со скоростью 12-14 мм/день. Примерно в то же время он попадает и в слюнные железы, откуда способен передаваться следующему хозяину.

Основная цель вируса в головном мозге — гиппокамп. Область которая отвечает за мотивацию и эмоции млекопитающих.

Распределение nAChR рецепторов в головном мозге

Картинка из статьи показывает основные участки головного мозга, где сконцентрированы никотиновые рецепторы ацетилхолина и то, за что эти участки отвечают. Максимумы приходятся на гиппокамп и префронтальную кору (PFC). Поражаются также амигдала, прилежащее ядро (NAc), вентральная область (VTA).

С картинкой коррелирует и тот факт, что бОльшая часть т.н. телец Негри — некогда основной способ гистологического посмертного подтверждения диагноза бешенства, находятся в гиппокампе.

Тельца Негри (или русскоязычной литературе - Бабеша-Негри) — особые включения размером 0.5–10 мкм обнаруживаемые в цитоплазме нервных клеток, содержащих вирус бешенства. Они состоят из рибонуклеопротеинов генерируемых вирусом

Именно повреждение гиппокампа вызывает агрессивное поведение животного. А это в свою очередь гарантирует, что животное кого-то укусит, и вирус передастся дальше. Этот классический пример манипулирования хозяином со стороны патогена и именно его взяли за основу сценаристы многочисленных фильмов ужасов и историй про зомби-апокалипсис.

Несмотря на то, что история взаимодействия человечества с вирусом бешенства насчитывает тысячелетия, сегодня мы все еще очень ограничено понимаем патогенез вируса бешенства и его механизмы нарушения функционирования головного мозга.

Про инкубационный период

Инкубационный период бешенства («долгая дорога«) обычно составляет 20–60 дней , но может варьироваться от одной недели до одного года в зависимости от места входа вируса и вирусной нагрузки. У животных инкубационный период меньше, например для собак он составляет 11–15 дней. Здесь стоит упомянуть и такую вещь, как атипичное бешенство, когда заболевшее животное живет значительно дольше 11–15 дней и все это время является разносчиком вируса, не проявляя внешних симптомов болезни. Встречается такой вариант крайне редко, но тем не менее встречается. На заметку всем тем, кто не понимает, почему жизненно важно доводить курс вакцинации до конца.

Считается, что чем ближе место укуса к цели вируса — головному мозгу — тем меньше времени вам отпущено на какие-то действия. Именно поэтому укус в лицо и шею считается очень тяжелым случаем из-за малого расстояния до мозга. Укус в палец и в гениталии считается тяжёлым случаем в связи с большой концентрацией нервных клеток.

Все время, пока вирус движется к головному мозгу, пациент будет чувствовать себя совершенно нормально, даже не подозревая, что счет уже идет на дни и часы. Максимум внешними начальными симптомами бешенства могут быть лихорадка, боль и необъяснимые покалывания или жжения в области раны (т.н. нейрогенная боль в месте укуса, которая возникает из-за репликацией вируса в соответствующем дорзальном корешке ганглия и воспалением, вызванным иммунным ответом). Даже тогда, когда вирус уже попал в головной мозг клинических проявлений все равно может не быть. Но человек уже будет резервуаром инфекции, в его выделениях станет возможным инструментальными методами обнаружить вирус. Острая фаза наступает примерно через 2-5 дней после попадания вируса в головной мозг, все это время человек способен распространять вирус. Именно поэтому всех, с кем контактировал умерший от бешенства человек, в обязательном порядке прививают.

Как только появляются клинические симптомы, бешенство в 99,99% случаев становится смертельным. Симптомы эти очень разнообразны. Наиболее медийно известные это водобоязнь и слюнотечение. По мере размножения вируса и увеличения вирусной нагрузки в головном мозге, начинают проявляться все более и более серьезные неврологические симптомы, в течение нескольких дней перерастающие в стремительно прогрессирующее воспаление мозга (менингоэнцефалит) и паралич. Считается что мозг погибает первым, а завершается история сердечными аритмиями/остановкой сердца и/или параличом дыхания.

Сложность (невозможность?) лечения

По-моему бешенство — это настоящий «гимн превентивной медицине«, сложно представить себе лучшую иллюстрацию.

Бешенство можно предотвратить, но нельзя вылечить.

Причина, по которой нельзя вылечить, связана с тем, что цель вируса - головной мозг — имеет много внутренних защитных механизмов. Во-первых, нервная система и мозг являются иммуно-привилегированными зонами, где иммунные клетки не столь активны как в других участках тела. Во-вторых, гематоэнцефалический и спинномозговой барьеры является непреодолимым препятствием для многих лекарств. А в третьих, эффективного лекарства от вируса бешенства попросту пока нет.

К примеру, нуклеозидный аналог рибавирин, блокирующий РНК-зависимую РНК-полимеразу, эффективно угнетает размножение вируса на культуре клеток, но при этом совсем не действует в человеческом организме. Известный «боец» против РНК-вирусов препарат фавипавир попросту не способен in vivo создать в ЦНС уровень концентрации, хотя бы приблизительно достаточный для того, чтобы показать эффективность против бешенства. Поэтому как ни прискорбно, но учитывая все выше сказанное, если кто-то говорит про «лечение от бешенства» — он скорее всего подразумевает паллиативное лечение (чтобы смерть наступила с как можно меньшими страданиями).

Примечание про милуокский протокол

Довольно распространенный миф, про то, что бешенство излечимо, с помощью т.н. милуокского протокола. Суть этой истории в том, что в 2003 году врачу педиатру из Милуоки Родни Уиллоуби удалось спасти Джинн Гизе, девочку 15 лет, с проявившимися клиническими симптомами бешенства. Они на фото ниже

Для этого он вызвал у нее медикаментозную кому на неделю и инфузионно вводил значительные дозы кетамина.

Кетамин — блокиратор NMDA-рецепторов, применяемый в качестве средства для наркоза в медицине и ветеринарии

Параллельно с кетамином вводились:

• амантадин — близкий родственник «народного» средства против гриппа — ремантадина, противовирусный и антипаркинсонический дофаминергический препарат.
• мидазолам и другие барбитураты — седативные/снотворные средства
• рибавирин — противовирусное средство широкого спектра действия используемое при лечении гепатита С.

Через неделю в сыворотке крови и спинномозговой жидкости девочки начали расти показатели антител и тогда Уиллоуби вывел ее из комы. Это событие стало первым задокументированным случаем выживания невакцинированного человека с проявившимися симптомами бешенства. Девочке впоследствии потребовалась обширная реабилитация, и некоторые из функций ее нервной системы остались нарушенными.

С 2003 года милуокский протокол был применен ко многим жертвам бешенства, но в общей сложности он признан провальным. В том числе и потому что некоторые пациенты пережившие острую начальную фазу позже все равно скончались от бешенства. И до сих пор научное сообщество не в силах объяснить, в каких случаях протокол может сработать, а в каких нет. Вероятность успеха при таком лечении составляет мизерные проценты, и это при очень высокой стоимости такого лечения (около $1 млн.).

?Милуокский протокол. Так возможно ли вылечить бешенство?

За всю историю человечества выжившими после проявления клинических симптомов бешенства было, условно говоря, семь человек. Это немка в 1875 году, итальянский подросток в 1912 году, 73-летний американец в 1913 году, бразильянка в 1968 году и три девочки из 21 века: Прешес Рейнолдс, описанная Джинна Гизе и неизвестная 17-летняя девушка из Техаса (т.н. Texas wild child) мелькнувшая в рабиологическом инфополе в 2009 году. При этом первые пять случаев, хотя и заявляются как случаи бешенства у невакцинированных людей, не могут служить полноценным доказательством. Потому что как не были пойманы животные, укусившие заболевших, так и не было способов подтвердить инструментальными анализами наличие заболевания у самих пациентов.

Так что, чудес не будет. Единственным официально признанным и эффективным способом избежать бешенства в случае риска заражения остается только своевременная вакцинация.

Самое важное — это понимать, что в момент укуса и в течение инкубационного периода человек еще не болен. Лучше всего здесь подходит аналогия с ВИЧ и СПИД. Сам вирус бешенства — это «ВИЧ», заболевание бешенством — это развившийся «СПИД». Правда в отличие от иммунодефицита для бешенства существует абсолютно рабочая вакцина, которая при своевременном применении на 100% способна подготовить организм к борьбе с вирусом до того, как он проникнет в нервные ткани и вызовет необратимый процесс.

Нет ничего важнее своевременной вакцинации

В случае нейротропного вируса главный доступный человеку ресурс — это время. Буквально «гонка на выживание». Болезнь можно остановить только пока вирус продолжает двигаться по магистралям нервов к головному мозгу. Только тогда антирабическая вакцина способна «обучить» иммунную систему человека уничтожать вирионы. Самое важное, что следует для себя уяснить, что процесс «обучения» НЕ ОДНОМОМЕНТНЫЙ. Т.е. организму требуется время (у всех оно разное) чтобы научиться бороться с вирусом бешенства. И пока это обучение происходит, вирус все так же продолжает двигаться к мозгу. Общепринятый deadline — это 14 дней после укуса. Потом что-либо кроме паллиативного лечения делать не имеет смысла. По упомянутой выше причине логично что откладывать поход к врачу на последний день — это абсолютное безумие. Лучше всего привиться не позднее первых суток после контакта с носителем вируса (в т.ч. и потенциальным).

Сегодня вакцины для иммунизации людей доступны как предконтактные (рекомендовано для людей, работающих в высокорисковых профессиях-ветеринары, лесники, эпидемиологи и вирусологи), так и постконтактные (когда имел место укус заболевшим животным). В случае укуса бешеным животным вначале проводится быстрая пассивная (готовыми антителами) иммунизация вокруг места укуса, а в дальнейшем активная (обычная вакцинация) в течение примерно месяца после инцидента. Превентивная иммунизация на 100% гарантирует, что вирус будет элиминирован и клинические симптомы никогда не появятся.

В массовом сознании до сих пор бытует мнение о том, что необходимо делать 40 болезненных уколов в живот, и ходить на эти уколы придется каждый день. Поэтому люди оттягивают поход к рабиологу как только могут, даже не осознавая что так они лишь приближают дату своей мучительной смерти. А на самом же деле применяемые в настоящее время антирабические вакцины требуют от 4 до 6 уколов в плечо с интервалом в несколько дней, плюс опционально еще один укол в место укуса.

В Беларуси постконтактная профилактика ( экстренная) делится на три категории:

1. Прикосновение или кормление животных, лизание животными неповрежденной кожи (нет воздействия). Необходимо промывание подвергнутых воздействию участков кожи, вакцинация не требуется.
2. Легкие укусы открытой кожи, незначительные царапины или ссадины без кровотечения (воздействие). Требуется промывание раны и немедленная вакцинация. Здесь не стоит уповать на то, что животное могло быть не похоже на бешеное, т.к. слюна носителя инфекции становится заразной за 3–5 дней до проявления первых симптомов. Оптимум — это введение в течение 24 часов антирабической вакцины
3. Один или несколько укусов или царапин, загрязнение слизистых оболочек или поврежденной кожи слюной от лизания животным, воздействие в результате прямого контакта с летучими мышами (тяжелое воздействие). Требуется промывание раны, немедленная вакцинация и введение иммуноглобулина против бешенства/моноклональных антител в место укуса. Обязательно прохождение полного курса вакцинации, потому что иммунитет может не успеть сформироваться.

В теории единожды сделанная вакцинация сохраняет иммунитет примерно на год, потом эффективность снижается. По ВОЗ, если привитого человека менее чем через 3 месяца после курса вакцинацииопять укусит животное с подозрением на бешенство, то (по ВОЗ) можно ограничиться только обработкой раны. Если укус произошел позднее (3+ месяца после вакцинации) то делается повторная вакцинация, но уже с меньшим количеством доз вакцины.

Профилактически обновлять вакцину без нужды не стоит, только в случае крайней необходимости (укус бешеного животного, работа с дикими животными, нахождение в районах высоко эндемичных к бешенству и отсутствие мест, где можно получить медицинскую помощь). Вакцина от бешенства может вызывать неприятные (но точно не смертельные) побочные эффекты, поэтому ее не целесообразно вводить в календарь прививок, как вакцины от столбняка или оспы.

На сим откланиваюсь. Будьте внимательны к праздношатающимся диким животным/птицам и обязательно выясните, где в вашем регионе находится ближайший антирабический кабинет. За обсуждениями эпидемологии, химии и дезинфекции заходите на огонек в LAB-66. Профильные треды: [лихорадка Западного Нила], [оспа обезъян MPOX], [западный лошадиный энцефалит], [HKU5 китайских звероферм], [туляремия], [бруцеллез]

С хабрауважением, коллоидный химик и public safety evangelist Сергей Бесараб (Siarhei Besarab)