В таком состоянии большой неопределенности каждый из нас задает себе вопрос «что дальше?» К сожалению, на этот вопрос нелегко ответить. Чтобы лучше понять текущую ситуацию, стоит сначала обобщить современное состояние знаний о пандемии коронавируса и указать на основные неизвестные.
Эволюционные правила игры
Вирус SARS-CoV-2 — новейший представитель семейства коронавирусов. Это семейство довольно большое, например, многие вирусы, вызывающие обычную сезонную простуду, являются коронавирусами. В последнее время самая известная новость о коронавирусе пришлась на 2003 год, когда эпидемия SARS-CoV разразилась на юге Китая, вызвав более 8000 заболеваний и, в том числе, благодаря интенсивным усилиям Всемирной организации здравоохранения, она не распространилась за пределы Китая. Китай и Гонконг. В 2012 году еще один коронавирус, MERS-CoV, попал в заголовки газет, когда на Аравийском полуострове был зафиксирован резкий рост числа случаев ранее неизвестного вирусного заболевания. Оно закончилось более чем тысячей случаев заболевания в различных странах Ближнего Востока и второй вспышкой в Южной Корее, но и глобальную пандемию этот коронавирус не вызвал. Почему сейчас все по-другому?
С эволюционной точки зрения вирусы, как и все организмы, хотят произвести как можно больше потомков в следующих поколениях. Чтобы добиться этого, вирус должен придерживаться как минимум двух эволюционных принципов. Первое правило заключается в том, что вирус должен быстро размножаться в нашем организме, минуя сложные защитные механизмы нашей иммунной системы. Размножаясь, ему легче перепрыгивать от человека к человеку и продолжать размножаться. Однако если вирус размножается слишком сильно, он может оказать смертельный эффект на инфицированного им человека, ограничивая возможность передачи. Поэтому второе правило заключается в том, что вирус не может быть слишком смертельным, потому что тогда он потопит корабль, на котором путешествует. И SARS-CoV, и MERS-CoV не подчинялись последнему правилу, поскольку характеризовались сравнительно высоким уровнем смертности (около 10% в случае SARS и до 30% в случае MERS). Новейший SARS-CoV2 эволюционно гораздо умнее, поскольку он не только может эффективно передаваться от человека к человеку (один инфицированный человек передает его в среднем 2-4 другим людям), но и имеет гораздо более низкий уровень смертности, чем его предшественники (по оценкам, в пределах 0,7-2,0 процента). Из-за этого его гораздо труднее остановить.
Эффект бабочки
На основе анализа генетической информации мы можем воссоздать первоначальные сценарии происхождения вируса SARS-CoV-2. У вируса, как и у каждой клетки, в процессе размножения возникают ошибки копирования генетической информации. Эти ошибки называются мутациями. Это более или менее похоже на игру в «тихий телефон», где один человек придумывает предложение и передает его следующему человеку, который может его исказить (с той разницей, что мутации носят случайный, а не преднамеренный характер). Предположим, однако, что мы не находились в комнате, где происходила игра, но нам хотелось бы восстановить порядок предложений, имея в своем распоряжении случайную выборку искаженных предложений. Оказывается, математика и статистика позволяют сделать это с большой точностью. Таким образом, анализируя последовательности вирусов от инфицированных пациентов по всему миру, мы можем статистически реконструировать процесс распространения вируса среди населения и вычислить его вероятный источник происхождения.
Такой анализ позволяет предположить, что эпидемия SARS-CoV-2 началась на животном рынке Хуанань в Ухане, Китай, в начале декабря 2019 года. Между тем, исследование, в котором сравнивалась генетическая информация различных коронавирусов, предполагает, что ближайшим родственником SARS-CoV-2 является другой вирус, обнаруженный у летучих мышей. К сожалению, это не решает загадку происхождения SARS-CoV-2, поскольку (а) эти последовательности недостаточно схожи и (б) сообщения позволяют предположить, что на рынке Ухани было продано много животных, но среди них не было летучих мышей. . Другой анализ белковых последовательностей различных коронавирусов показывает, что генная инженерия такого вируса в лаборатории маловероятна и, скорее всего, произошла от близкородственных коронавирусов среди животных. Поэтому наиболее вероятная гипотеза происхождения SARS-CoV-2 — это более сложный путь вируса, начиная от летучей мыши, через другое животное (возможно, ящера), заканчивая человеком на рынке Хуанань в Ухане зимой. 2019 года. Один чих животного, заставляющий мир сотрясаться, — это лучший книжный пример так называемого эффект бабочки.
Как бороться с эпидемией?
Особенность инфекционных заболеваний в том, что их динамика в некоторой степени предсказуема. Когда совершенно новый вирус начинает свое «приключение» среди населения, число инфицированных людей увеличивается в геометрической прогрессии. Что это значит? Старая притча о мудреце из Индии, который изобрел игру в шахматы, помогает нам понять экспоненциальный рост. Правитель так обрадовался новой игре, что попросил мудреца выбрать приз. Мудрец попросил нас положить одно зернышко риса на первую клетку, два на следующую и удваивать количество зерен, пока все клетки шахматной доски не будут заполнены. Правитель, поначалу воспринявший эту просьбу как знак скромности, быстро понял, что общее количество зерен многократно превышало его запасы риса (18 триллионов зерен).
Итак, давайте предположим, что каждый человек, зараженный вирусом, передаст этот вирус двум другим людям; тогда при теоретически бесконечной популяции число инфицированных через две недели составит более 8000 человек, а через три недели достигнет одного миллиарда. Конечно, в реальной популяции столь быстрый рост продлится недолго, потому что через какое-то время восприимчивых к инфекции людей уже не будет – их число со временем начнет уменьшаться (например, за счет выработанного иммунитета) и с каждым днем число людей, восприимчивых к инфекции, начнет уменьшаться. вирус будет заражать все меньше и меньше новых людей, пока людей не останется. В конечном итоге все инфицированные выздоровеют и приобретут иммунитет (при условии, что все выживут), и эпидемиологическая волна завершится [График № 1].
График 1. Эпидемиологическую кривую можно разделить на три фазы. На первой фазе наблюдается экспоненциальный рост числа инфицированных, поскольку население восприимчиво к заболеванию (нет иммунитета). На втором этапе эпидемия замедляется, поскольку число восприимчивых людей уменьшается, и большинство из них либо инфицированы, либо имеют иммунитет. В фазе 3 волна проходит, когда новых заражений нет и популяция выздоравливает.
Вакцины являются мощнейшим оружием в борьбе с инфекционными заболеваниями, поскольку с эпидемиологической точки зрения они снижают количество восприимчивых к инфекции населения. Итак, давайте придерживаться нашего примера, что каждый человек, инфицированный вирусом, может передать его двум другим людям (так называемое число воспроизводства R0 = 2), но давайте дополнительно предположим, что каждый второй человек в популяции вакцинирован. Тогда, статистически говоря, инфицированный человек передаст вирус только одному человеку, потому что другой человек был вакцинирован. Число людей, зараженных вирусом, перестанет расти в геометрической прогрессии и эпидемия не разразится. Конечно, минимальный процент населения, которого необходимо вакцинировать, зависит от того, насколько заразно заболевание. Если инфицированный передает вирус трем людям (R0 = 3), то в среднем необходимо вакцинировать не менее 2 человек из 3, т.е. 67%. Население. В случае оспы инфицированный человек заражает в среднем 15 человек (R0 = 15), поэтому минимум 94% должны быть вакцинированы. Население. Тогда говорят, что у населения имеется «коллективный иммунитет» к данному инфекционному заболеванию.
Социальное дистанцирование в борьбе с пандемией
Но что делать, если у нас нет вакцин? Тогда нашим единственным оружием являются методы, снижающие передачу вируса между инфицированными людьми, и эти методы обычно называются социальным дистанцированием. Идея состоит в том, чтобы ограничить контакты между людьми, тем самым прервав цепочки передачи вируса и задержав рост числа инфицированных среди населения. Примеры таких действий включают ограничение рабочего времени, удаленную работу по телефону или через Интернет, закрытие ресторанов и общественных мест, закрытие яслей, детских садов и школ и даже приостановку работы общественного транспорта и принудительные карантины. Такие действия имеют решающее значение на ранней стадии эпидемии, поскольку экспоненциальный рост числа больных является огромной проблемой для службы здравоохранения, которая имеет ограниченные ресурсы и не может справиться с экспоненциальным ростом числа пациентов. Последствием такого внезапного перенасыщения больными может стать невозможность помочь нуждающимся и, следовательно, рост смертности. Поэтому, ограничивая контакты между людьми посредством социального дистанцирования, мы растягиваем эпидемию во времени и позволяем службе здравоохранения успевать за лечением пациентов, число которых будет продолжать расти, но более медленными темпами [График №2]. Второй аргумент в пользу социального дистанцирования — выиграть время: замедление эпидемии на несколько недель дает государственным властям время отреагировать, перераспределить средства и ресурсы и лучше подготовиться к действиям.
Диаграмма 2. Зачем необходимо социальное дистанцирование? Если мы не будем соблюдать социальную дистанцию (зеленый график), экспоненциальный рост числа инфицированных может быстро сокрушить систему здравоохранения. В результате некоторые пациенты, не имея возможности получить помощь, могут излишне страдать или даже умереть. С помощью социального дистанцирования (желтый график) мы замедляем рост инфицированных среди населения, благодаря чему помогаем больным людям получить необходимую им помощь.
Откуда мы знаем, что социальное дистанцирование работает? Классическим примером этого является диаграмма числа случаев пандемии гриппа H1N1 (называемой «испанкой») 1918 года в двух городах США, в одном из которых (Сент-Луис) относительно быстро закрылись школы, а в другом (Филадельфия) не сделал, в результате чего получился совершенно другой график роста числа заболевших [График №3]. Очень похожую динамику мы видим и в случае с нынешней пандемией коронавируса, например, сравнивая две провинции Италии: Лоди, где ограничения были введены относительно быстро, 23 февраля, и Бергамо, где они были введены только 8 марта. Данные о количестве случаев из обеих провинций показывают, что в Бергамо их рост происходит гораздо быстрее. Анализ данных из Уханя, Китай, где были введены решительные меры социального дистанцирования, показал, что в течение одной недели число воспроизводства R0 SARS-CoV-2 сократилось с более чем 2 до примерно 1, остановив его экспоненциальный рост. Аналогичные эффекты мы наблюдаем и в других азиатских странах, которые очень серьезно отнеслись к пандемии, жестко ограничив контакты с инфицированными людьми. В научной литературе также полно публикаций, авторы которых с помощью компьютерного моделирования способны оценить влияние конкретного вмешательства на передачу инфекционного заболевания. Таким образом, они показывают, что социальное дистанцирование является эффективным инструментом в борьбе с эпидемией.
Диаграмма 3. Эпидемиологическая волна гриппа N1H1 в двух городах США в 1918 году, в одном из которых (Филадельфия) социальное дистанцирование было введено через 33 дня после первого заражения, а в другом городе (Сент-Луис) — сразу через 2 дня. Перепечатано из Hatchett et al. 2007 ПНАС.
Как дистанцироваться?
Социальное дистанцирование работает, но ключевой вопрос не в том, дистанцироваться ли, а в том, как дистанцироваться. Самая крайняя форма социального дистанцирования, то есть практическая приостановка функционирования страны (закрытие границ, школ или общественных мест, ограничение передвижения граждан и т.п.), безусловно, будет наиболее эффективной в замедлении темпов роста заболеваемости COVID-19. случаи. Однако такие действия дорого обходятся стране, как в социальном, так и в экономическом плане, и не могут продолжаться долго. Более того, это не решает проблему в долгосрочной перспективе, поскольку большая часть населения останется восприимчивой к инфекциям, а возврат к прежнему положению дел приведет к новой эпидемии, по крайней мере, до тех пор, пока не появится вакцина (вероятно, между 12 и 18 годами). месяцы). Поэтому, говоря о социальном дистанцировании, мы должны думать о конкретных идеях ограничения социальных контактов, а не о абсолютном карантине всех.
Способов много и не очевидно, какой из них оптимален. Например, закрытие детских садов и школ может быть хорошей идеей, поскольку предварительные исследования показывают, что, хотя дети редко болеют COVID-19, они могут быть носителями вируса и передавать его дальше. С другой стороны, закрытие школ является большой проблемой для родителей, многие из которых работают в сфере здравоохранения, и вскоре им придется помогать поступающим пациентам. Закрытие учреждений также потенциально может увеличить число случаев заражения среди пожилых людей, которые будут помогать заботиться о своих внуках, чтобы их родители могли работать. Одно исследование предполагает, что высокий уровень смертности в Италии может быть объяснен демографией.
Для работающих взрослых ограничение профессиональных контактов может быть эффективным. Исследования социальных сетей с использованием смартфонов в Великобритании показывают, что профессиональные контакты составляют значительную часть всех социальных контактов, хотя неясно, в какой степени подобные наблюдения имели бы место в других странах. Полное закрытие рабочих мест, в свою очередь, влечет за собой огромные экономические издержки, однако реорганизация режима работы многих людей – например, замена работы в офисе работой через Интернет – может помочь снизить передачу вируса среди населения. Ограничения на поездки и закрытие границ также могут помочь замедлить пик эпидемии, но они могут оказаться не такими эффективными, как может показаться. По оценкам одного из докладов ВОЗ, сами по себе ограничения на поездки мало что сделают, чтобы остановить эпидемию гриппа. Все эти факторы следует учитывать при принятии оптимальных решений о конкретных методах социального дистанцирования в национальном масштабе, предпочтительно с использованием компьютерного моделирования, сравнивающего различные сценарии.
Что дальше?
Одним из самых больших неизвестных в пандемии COVID-19 является процент людей, у которых заболевание протекает без симптомов. Поэтому важнейшим элементом борьбы с коронавирусом теперь должна стать диагностика. Быстрый и широко доступный тест на вирус сначала поможет оценить фактический уровень смертности от COVID-19. Многие опасаются, что текущие оценки завышены, поскольку они не учитывают многих людей, у которых заражение протекает бессимптомно (оно может составлять до 20% инфицированных) или настолько легкое, что о таких случаях не сообщается. Общая и эффективная диагностика также поможет выявить эпидемические цепочки и очаги, помогая эффективно ограничить передачу вируса. Такая деятельность с большим успехом осуществляется в странах Азии. Например, в Южной Корее власти массово тестируют граждан, что позволяет быстро выявлять новые инфекции и предотвращать их распространение. Сингапур, в свою очередь, подвергает людей с диагнозом коронавирус строгому карантину, выплачивая им медицинские пособия, однако выход из карантина влечет за собой крупные финансовые штрафы. Таким образом, эффективная диагностика, по-видимому, имеет решающее значение в борьбе с эпидемией, а одних только социального дистанцирования и карантина, вероятно, будет недостаточно.
Лучшая надежда остановить пандемию – это вакцина, но, к сожалению, у нас ее нет. Однако прототипы у нас есть, например, благодаря ранее приостановленной работе над вакциной против SARS-CoV. В настоящее время в гонке вакцин против SARS-CoV-2 принимают участие несколько десятков компаний по всему миру. Работа продвигается на удивление быстро, но главная проблема — клинические испытания, требующие от вакцин-кандидатов процедур, которые нельзя ускорить из соображений безопасности. Первые испытания на людях (так называемая первая клиническая фаза) одной из вакцин-кандидатов начались в понедельник, 16 марта, однако самой трудоемкой будет третья фаза клинических испытаний, в ходе которой вакцина тестируется на большом массовом объекте. группа волонтеров. Чтобы пройти такое испытание, вакцина должна быть одновременно безопасной и относительно эффективной, и это варьируется. Наконец, вакцины необходимо производить в больших масштабах, что также является огромной проблемой. Оптимистичные анализы говорят, что до того, как вакцина станет общедоступной, пройдет 12-18 месяцев.
Но до появления вакцины есть надежда на создание противовирусного препарата. Наиболее многообещающим кандидатом на данный момент является Ремдесивир, который, как и другие противовирусные препараты, блокирует репликацию вируса. Препарат уже находится на продвинутой стадии испытаний, отчасти потому, что изначально он был разработан для лечения вируса Эбола, но оказался более эффективным против коронавирусов. Мы должны узнать больше об эффективности этого препарата в следующем месяце. Это будет особенно хорошей новостью для пациентов из группы высокого риска, таких как пожилые люди и люди с другими заболеваниями.
Чего нам ожидать?
Мы можем с высокой степенью уверенности сказать, чего не произойдет. Угроза коронавируса, конечно, не исчезнет в ближайшее время. Прежде всего, все данные указывают на то, что в Европе мы находимся только в экспоненциальной фазе роста числа случаев. Это означает, что – даже несмотря на серьезные вмешательства со стороны правительства – число инфицированных и больных людей может продолжать расти в ближайшие дни. Эти меры должны замедлить этот рост, но еще неизвестно, насколько быстро это произойдет. Из клинико-эпидемиологических исследований известно, что от контакта с вирусом до первых симптомов заболевания проходит от нескольких до десятка дней, а от симптомов до окончания заболевания — даже несколько недель. Поэтому, даже если эпидемию вируса действительно удалось существенно замедлить, количество заболевших еще какое-то время будет продолжать расти. Во-вторых, даже если нам удастся взять коронавирус под контроль и вернуться к относительной нормальности в ближайшие несколько месяцев, SARS-CoV-2 не исчезнет, а COVID-19, скорее всего, станет еще одним сезонным заболеванием, перемещающимся в зависимости от сезона от северного к северному. южное полушарие и наоборот. Это, конечно, только предположения, но, скорее всего, только когда на сцену выйдет вакцина, вернется мир, который мы помним несколько недель назад.
Автор: Рафал Мостовой, биолог-инфекционист
Малопольский центр биотехнологии Ягеллонского университета
Ассоциация защитников науки
