2.1. Молекулярная эпидемиология (на модели Mycobacterium tuberculosis)
В 80-х г.одах XX в. фундаментальная вирусология и микробиология обогатились молекулярно-генетическими методами, которые создали предпосылки для более глубокого познания «интимных» (суборганизменный уровень) сторон ЭП и разработки предложений прикладного характера. Существенно обогатив теоретические разделы эпидемиологии, они дали более полную характеристику гетерогенности циркулирующих возбудителей инфекций, чем мы ее себе ранее представляли на основе изучения антигенных, биохимических и других свойств микроорганизмов. Генетическое разнообразие микроорганизмов отражает потенции их изменчивости, возможность формирования рекомбинантных штаммов возбудителей, отличающихся по степени контагиозно- сти и вирулентности. Такие изменения могут влиять на характер клинического течения инфекций и проявления ЭП. Все это важно учитывать при конструировании диагностических тест-систем, вакцинных препаратов, познании закономерностей ЭП и при определении прогнозов его развития [36]. В качестве примера потенциальных возможностей применения молекулярно-генетических методов в эпидемиологии приведем наши исследования по изучению глобального движения микобактерий туберкулеза (МБТ).
В современный период важнейшим этиологическим агентом туберкулеза является генетически близкая группа штаммов M. tuberculosis, получившая название «пекинского» семейства (Beijing). Повышенный интерес к стремительному распространению в мире этого генотипа связан с тем, что указанный вариант 28 существенно отличается от других его семейств рядом специфических «патогенных» свойств, что нашло свое выражение в крайне неблагоприятных клинико-эпидемиологических проявлениях заболевания, к которым следует отнести высокий уровень лекарственной устойчивости, диссеминацию и генерализацию туберкулезного процесса, увеличение внелегочных форм заболевания, повышенную способность к репликации в макрофагах человека и многие другие «агрессивные» свойства [37].
Анализ существующей мировой литературы показал, что генотип «Пекин» возник на территории Северного Китая более 2000 лет назад и впоследствии распространился на близлежащие азиатские страны и территории (Япония, Южная Корея, Вьетнам, Тибет), где его доля в структуре всех генотипов превышает 70 %. Вторым большим регионом циркуляции «пекинского» семейства являются страны бывшего СССР, где его доля среди всех генетических разновидностей туберкулеза составляет около 50 %. Третьим регионом распространения вышеуказанного семейства является территория ЮАР, в первую очередь Кейптаун (16 %). В остальных странах указанный генотип встречается значительно реже и, как правило, не превышает 10 % среди всех туберкулезных штаммов.
Таким образом, в настоящее время имеет место весьма необычный феномен, заключающийся в том, что в России, как и в странах бывшего СССР, «пекинское» семейство штаммов туберкулеза значимо преобладает среди всех регистрируемых изолятов, что существенно отличает эти территории от большинства соседних европейских стран. Тем не менее достоверных данных о путях и механизмах заноса генотипа «Пекин» на территорию постсоветского пространства нет. Единственная модель, объясняющая распространение данного семейства в России, основана на идее его «транзита» из Китая войсками Чингисхана на рубеже ХП-ХШ веков с дальнейшим расползанием по территории Руси [38]. Однако исторические, географические и эпидемиологические реалии вступают в противоречие с выдвинутым предположением. Это, в свою очередь, и послужило для нас основанием переосмыслить указанные материалы и сформулировать эпидемиологическую гипотезу, адекватно описывающую глобальное движение заболеваемости туберкулезом от Юго-Восточной Азии до стран постсо-
29
ветского пространства. Маркером динамики этого процесса стали генотипы «пекинского» семейства МБТ.
При сопоставлении исторических фактов наиболее перспективным видится следующий эпидемиологический сценарий «заноса» генотипа «Пекин»» на территорию СССР [39, 40].
На рубеже веков (с 1897 по 1903 г.) Россия, укрепляя свое господство на Дальнем Востоке, инициировала строительство Китайско-Восточной железной дороги (КВЖД). Дорога проходила через территорию Китая (Маньчжурия) на Дальний Восток. Уже в 1903 г. КВЖД была введена в эксплуатацию, обслуживалась российскими подданными и принадлежала России. Ее строительство сыграло немаловажную роль в развитии Маньчжурии. Через несколько лет такие города, как Харбин, Порт-Артур по своему экономическому развитию уже обогнали города Приморья, а за 7 лет население Маньчжурии увеличилось с 8 до 15 млн чел. Русская диаспора на территории КВЖД и в ее административном центре Харбин представляла собой организованное сообщество, своеобразное государство в государстве, в котором действовали российские законы, работали образовательные, научные, медицинские и прочие учреждения, это был своего рода уголок многонациональной России. Нет никаких сомнений, что проживание этой обширной российской диаспоры в очаге генотипа «Пекин» не могло не повлечь за собой инфицирование россиян штаммами данного семейства.
После Октябрьской революции, в период Гражданской войны, КВЖД постоянно подвергалась нападениям со стороны Китая. В 1924 г. СССР и Китай подписали соглашение о совместном управлении дорогой, в 1931 г. Советский Союз в связи с оккупацией Маньчжурии японскими войсками потерял над ней контроль, а уже в 1934 г. состоялась официальная продажа КВЖД Китаю. За период с апреля по август 1935 г. из Китая в СССР выехало около 20 тыс. сотрудников КВЖД и членов их семей. В это же время в стране набирала обороты волна «Большого террора». К концу 1937 г., практически все бывшие служащие КВЖД и члены их семей были объявлены «японскими шпионами» и подверглись массовым арестам и репрессиям. В 1945 г. более 10 тыс. чел. было арестовано в Харбине после капитуляции Японии. Таким образом, 30 за период с 1940 по 1950 г. большая часть русских добровольно или принудительно репатриированных из Маньчжурии и Китая, была приговорена к различным срокам заключения в исправительно-трудовых лагерях или расстреляна. Основными источниками распространения генотипа «Пекин» на территории СССР в это время могли быть именно репатрианты из Китая (работники КВЖД, жители Харбина и других пограничных городов), помещенные в систему исправительно-трудовых лагерей СССР.
Определенный вклад в распространение рассматриваемого генотипа могли внести и японские военнопленные, поскольку в Японии, как и в Китае, генотип «Пекин» был доминирующим. После поражения Квантунской армии, в 1946 г. в исправительнотрудовые лагеря СССР было отправлено более 460 тыс. японских военнопленных. По данным архивов НКВД, за 8 лет число лагерей в СССР увеличилось с 11 (1932 г.) до 53 (1940 г.), включая более 600 филиалов, разбросанных на десятки и тысячи километров друг от друга. На начало 1941 г. в них содержалось около 1,5 млн. чел. Особенно важно, что это была разветвленная система, имевшая свои учреждения во всех без исключения регионах и республиках СССР.
Активное распространение генотипа «Пекин» в СССР вне пенитенциарной системы, вероятно, началось в 1950-е годы прошлого века, совпав с накоплением значительной массы больных в лагерях и послаблением тоталитарного режима, что дало возможность сотням тысяч заключенных вернуться к нормальной жизни. Например, только в 1953 г. в общей сложности на свободу было выпущено около 1,2 млн бывших заключенных.
Кроме того, за период с 1954 по 1960 г. в Советский Союз из Маньчжурии и Синьцзяна на освоение целины приехало более 250 тыс. русских, украинцев, казахов, киргизов, уйгур, узбеков, татар. Не исключено, что они также могли послужить дополнительной волной «заноса» генотипа «Пекин» в Россию.
Исходя из представленных данных, можно предположить, что первичным массовым источником распространения генотипа «Пекин» в СССР стали лица, связанные со строительством и обслуживанием КВЖД, члены их семей и другие репатрианты из Китая, а основным проводником, для селективной диссеминации именно
31
этой генетической группы M. tuberculosis была и остается пенитенциарная система. Следует отметить, что даже в настоящее время заболеваемость туберкулезам в местах лишения свободы значительно превышает таковую среди гражданского населения соответствующих территорий [41]. В годы активного функционирования ГУЛАГА эти показатели были просто не сопоставимы, и пенитенциарная система стала основным катализатором развития эпидемии туберкулезной инфекции в странах постсоветского пространства.
Представленный сценарий развития эпидемии применительно к генотипу «Пекин» хорошо укладывается в основные положения теории саморегуляции паразитарных систем В.Д. Белякова и объясняет переход этиологического агента M. tuberculosis (в данном случае его генотипа «Пекин») из фазы резервации в фазу эпидемического распространения влиянием фактора «перемешивания». Этому процессу в немалой степени способствуют и другие факторы: климат, рацион питания и в целом образ жизни. Понимание механизмов возможного формирования эпидемии туберкулеза, связанной с экспансией штаммов генотипа «Пекин», дает возможность по-новому осмыслить и охарактеризовать неравнозначную и уникальную эпидемическую ситуацию в России и странах Европы, сложившуюся за последние десятилетия.
Предложенная гипотеза эпидемического распространения «пекинского» семейства МБТ основана на исторических фактах и традиционном (описательном) эпидемиологическом анализе и не подкреплена доказательной базой. Для логического завершения этой проблемы нами использован метод молекулярного моделирования эволюционных событий, основанный на сопоставлении хронологического и пространственного распределения доминирующих эпидемически значимых генотипов МБТ.
Для решения поставленной задачи из мировой онлайн базы данных SITVIT были выбраны сполиготипы штаммов M. tuberculosis [43], на основе которых программой SpolTools [44] строится консенсусная сеть связанных между собой деревьев - сполигодерево (spoligoforest) [45].
Основными параметрами оценки, характеризующими споли- годерево, являются число узлов (кластеров), а также (и это основное) их размер и число предков. Размер каждого узла соответст- 32
вует числу соответствующих изолятов, а указатели между узлами отражают эволюционные взаимосвязи между сполиготипами в направлении от предков к потомкам. Наличие связей между узлами означает наличие конечного числа мутационных шагов между генотипами, позволяющих программе SpolTools вычислить виртуального предка и, наоборот, отсутствие связей свидетельствует о значительных генетических различиях между генотипами.
Взаимоотношение узлов и предков позволяет выделить эпидемически значимые варианты сполиготипов, которые характеризуются большим размером кластера, но (в отличие от так называемых древних штаммов) с минимальным числом потомков. Этот вариант сполиготипов способен распространяться в популяции людей быстрее естественного процесса накопления мутаций, что характерно для «древних» штаммов.
Для контроля правильности выбора эпидемически значимых генотипов была использована специальная статистическая программа [45], а их принадлежность к семействам МБТ осуществлялась при помощи базы сполиготипов SpolDB4 в соответствии с номерами ^Т) [46].
В процессе анализа выбрано 3935 генотипов, содержащих 906 уникальных вариантов из 9 стран: Россия, Латвия, Эстония, Польша, Финляндия, Италия, Португалии, Вьетнам, Япония (табл. 2.1).
Таблица 2.1
Основные статистические данные, использованные для молекулярного моделирования эволюционных событий
|
К группе опытных стран отнесены Россия, Эстония и Латвия, которые долгое время входили в состав СССР и демонстрировали при этом высокий процент обнаружения генотипа «Пекин». Кроме этого, обе Прибалтийские республики и в более отдаленном прошлом достаточно продолжительное время входили в состав Российской империи: Эстония - с 1721 по 1918 г., Латвия в составе Курляндской губернии - с 1796 по 1920 г.
Для сравнительной оценки были выделены три группы контрольных стран. Основные контрольные страны (Польша, Финляндия) были отобраны по историко-географической общности с опытными странами. Финляндия граничит с Россией и Эстонией и находилась в составе Российской империи с 1809 по 1917 г. Практически в тот же период (1815-1915 г.), часть Польши, так называемое Царство Польское с населением 2,7 млн чел., также была частью империи. Тем не менее обе эти страны никогда не входили в состав СССР. Выбор второй группы контрольных стран (Италия и Португалия) имел относительно условный характер и был основан на принадлежности к Европе, а также на отсутствии общих границ и сколько-нибудь выраженных миграционных потоков населения между ними и опытными странами. Третья группа контрольных стран (Вьетнам и Япония) относится к региону с документально доказанным преобладанием генотипа «Пекин» МБТ в их общей структуре.
Итоговые значения результатов эпидемиологического анализа сведены в табл. 2.2, в которой представлены все эпидемически - значимые генотипы на рассматриваемых территориях.
Как видно из представленных данных, на территории Европы генотип «Пекин» имеет эпидемическое значение только для стран, бывших в составе СССР (Россия, Эстония, Латвия). У Финляндии и Польши, несмотря на географическую и историческую близость к России, свои профили эпидемических штаммов и генотип «Пекин» среди них не представлен. Аналогичная закономерность характерна и для других европейских стран, отнесенных нами к условной группе контроля (Италия с Португалией). В странах, эндемичных для генотипа «Пекин» (Япония и Вьетнам), как и ожидалось, он является эпидемически значимым.
Таблица 2.2
Эпидемически значимые генотипы МБТ в анализируемых странах
|
Проведенное моделирование процессов генотипообразования штаммов M. tuberculosis свидетельствуют о наличии единого источника генотипа «Пекин» (ST1) для России и других стран постсоветского пространства, входящих в недавнем историческом прошлом в состав одного государства. При этом распространение (доминирование) «пекинского» семейства МБТ на этой территории носило практически одномоментный («эксплозивный») характер и пришлось на середину XX в. Об этом свидетельствует выраженная «экспансия» одного генотипа возбудителя туберкулеза (в нашем случае его «пекинский» вариант) на территории этих государств, и весьма незначительные его показатели на территории соседних, в том числе граничащих с ним стран.
Помимо эпидемиологических данных о закономерностях распределения генотипа «Пекин» на Евро-Азиатском континенте в ходе исследований нами также были получены весьма интересные экспериментальные материалы при исследовании распределения
35
аллелей гена CD209 336 A/G для лиц мужского пола. Не останавливаясь подробно на этом разделе исследований, отметим, что сочетание генотипа «Пекин» микобактерий туберкулеза и носитель- ство аллеля 336G гена CD209 у больных туберкулезом легких в 3,3 раза повышает вероятность летального исхода заболевания у лиц мужского пола (р < 0,05) [39, 46].
В связи с эпидемиологическим направлением данной главы возникают вопросы, почему генотип «Пекин» способствовал развитию эпидемии туберкулеза в нашей стране только в XX в., а до начала минувшего столетия не был известен, и почему структура генотипов МБТ на постсоветском пространстве столь разительно отличается от стран-соседей? На эти основополагающие вопросы можно ответить следующим образом. В первой половине XX в. на территории России имел место политический катаклизм, вовлекший в дальнейшем в свою орбиту и ряд других стран, с образованием в конечном итоге единой общности (СССР). Этот политический процесс послужил становлению относительно безвредного генотипа «Пекин» (каковым он является в современное время на территории Китая) в вариант, обладающий способностью активизировать развитие эпидемического процесса, и в итоге приводить к эпидемии туберкулезной инфекции на 1/6 части суши нашей планеты. Основным фактором, способствовавшим этому, стала система ГУЛАГа, охватившая практически всю территорию страны.
Таким образом, пенитенциарная система СССР (дитя политической системы этой страны) является важнейшим компонентом в процессе формирования как эпидемических штаммов, так и соответственно глобального эпидемического распространения туберкулеза, в основном генотипа «Пекин». Полученные данные позволяют отнести этот институт государства (при соответствующей политической системе страны) к основному фактору риска глобального распространения туберкулеза в отличие от социально-экономических условий гражданского общества и процессов миграции населения.
Выдвинутые нами положения косвенно подтверждаются следующими данными. Формирование неблагополучной эпидемиологической ситуации, связанной с M. tuberculosis complex, приходится практически на современный период. Применение 36
статистической обработки представленных генетических данных позволило установить, что постоянное увеличение численности микроорганизмов, составляющих M. tuberculosis complex, патогенных для человека, началось всего около 180 лет назад, причем у генотипа «Пекин» эти показатели демонстрировали 500-кратное увеличение численности микробной популяции [47].
Таким образом, эпидемия современного туберкулеза началась относительно недавно и, возможно, связана с изменившимся образом жизни человечества (начавшаяся капитализация общества и связанные ней процессы урбанизации, индустриализации и в конечном итоге - глобализации).
Следующий качественный скачок в развитии пандемии туберкулеза приходится, на первую половину XX в. и связан с его заносом из стран Юго-Восточной Азии в страны бывших участников СССР, а в дальнейшем - с широким распространением в них «пекинского» семейства МБТ.
Необходимо подчеркнуть, что мы не можем знать, какие события смогут в ближайшей или отдаленной перспективе способствовать следующему скачку в глобальном распространении туберкулеза. Однако, учитывая достаточно незначительный (в историческом аспекте) период времени, за которое произошло доминирование генотипа «Пекин» МБТ на территории стран постсоветского пространства, наличие выраженных «агрессивных» свойств, отличающих его от других генетических семейств, а также усиливающиеся процессы глобализации, можно прогнозировать дальнейшую экспансию этого генетического семейства МБТ и на другие территории.
В качестве иллюстрации высказанного положения можно сослаться на зарубежные исследования [38], в которых показано, что в Европе генотип «Пекин» составляет 50 % всех мультирезистентных штаммов и основными источниками инфекции являются иммигранты из стран бывшего СССР. Более того, в Германии 80 % больных с лекарственно устойчивыми штаммами также относятся к указанной группе риска. Эти данные позволяют судить о высоком эпидемическом потенциале «пекинского» семейства туберкулезных штаммов, направленном в первую очередь на максимально быстрое распространение в популяции людей.
В заключение следует отметить, что в России имеет место эпидемия туберкулеза, вызванная, большей частью штаммами генотипа «Пекин»». И именно наиболее неблагоприятные клиникоэпидемиологические проявления, характерные для «пекинского семейства» M. tuberculosis, выделяют проблему заболеваемости туберкулезом, ассоциированную с данным генотипом, на уровень приоритетного направления в стратегии борьбы с этим инфекционным заболеванием.
В связи с этим необходимо уделить самое пристальное внимание изучению биологических свойств и эпидемиологических особенностей распространения указанного генотипа в России и странах-соседях на постсоветском пространстве. Кроме этого, важен поиск генетических детерминант естественной резистентности восприимчивости к туберкулезу и их связи с доминирующими штаммами. Все это позволит более целенаправленно выявлять носителей чувствительных к туберкулезу аллелей и более своевременно и эффективно проводить профилактику и лечение этого эпидемиологически и социально значимого заболевания.
Важнейшим инструментом для реализации поставленных вопросов будет привлечение в эпидемиологические исследования метода молекулярного моделирования эволюционных событий, который позволит отслеживать исторические пути возникновения и распространения заболеваний инфекционной природы, что, в свою очередь, будет способствовать прогнозированию их движения в долгосрочной перспективе.
В заключение заметим, что в настоящее время раскрыты еще не все возможности и перспективы развития молекулярной эпидемиологии, но уже можно утверждать, что широкое внедрение полимеразной цепной реакции (ПЦР) и других молекулярно-генетических методов создает более надежную основу для реализации системы эпидемиологического надзора за инфекциями, прогнозирования заболеваемости и профилактики. Вполне вероятно, что в XXI в. появятся и новые методы исследования, которые существенно обогатят эпидемиологию.
Источник: А.А. Яковлев, Е.Д. Савилов, «ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ ОБЩЕЙ ЭПИДЕМИОЛОГИИ» 2015
А так же в разделе «2.1. Молекулярная эпидемиология (на модели Mycobacterium tuberculosis) »
- ПРЕДИСЛОВИЕ
- ОТ АВТОРОВ
- ГЛАВА 1 ОБ ОПРЕДЕЛЕНИИ ЭПИДЕМИОЛОГИИ КАК НАУКИ И ПОНЯТИИ О ЕЕ ПРЕДМЕТЕ И ОБЪЕКТЕ
- Библиографический список
- ГЛАВА 2 СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В ЭПИДЕМИОЛОГИИ
- Эпидемиология хронических инфекций.
- Эпидемиология медленных инфекций.
- Эпидемиология сапронозов.
- Эпидемиология катастроф.
- Географическая (энвайроментальная) эпидемиология.
- Госпитальная эпидемиология.
- Эпидемиология неинфекционных болезней.
- 2.1. Морская эпидемиология (история становления и основные направления развития)
- 2.1. Экологическая эпидемиология
- 2.4. Интеграционная эпидемиология
- Библиографический список
- ГЛАВА 3 О ПРИЧИНЕ, УСЛОВИЯХ И МЕХАНИЗМАХ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАБОЛЕВАЕМОСТИ
- Классификация факторов риска эпидемического процесса
- Библиографический список
- ГЛАВА 4 О ВОЗМОЖНЫХ МЕХАНИЗМАХ РАЗВИТИЯ ЭПИДЕМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
- Библиографический список
- ГЛАВА 5 О ВОЗМОЖНЫХ МЕХАНИЗМАХ ФОРМИРОВАНИЯ ЦИКЛИЧНОСТИ И СЕЗОННОСТИ В ЭПИДЕМИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ
- Библиографический список
- ГЛАВА 6 ГЕТЕРОГЕННОСТЬ ПОПУЛЯЦИИ ВОЗБУДИТЕЛЯ И ХОЗЯИНА КАК ОСНОВА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ВОЗЗРЕНИЙ АКАДЕМИКА В.Д. БЕЛЯКОВА НА РАЗВИТИЕ ЭПИДЕМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
- Библиографический список
- ГЛАВА 7 СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКЕ РОЛИ СОЧЕТАННЫХ ИНФЕКЦИЙ В РАЗВИТИИ ЭПИДЕМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА (НА МОДЕЛИ ВИРУСНЫХ ГЕПАТИТОВ)
- Библиографический список
- ГЛАВА 8 ЭВОЛЮЦИЯ ИДЕЙ АКАДЕМИКА В.Д. БЕЛЯКОВА О САМОРЕГУЛЯЦИИ ПАРАЗИТАРНЫХ СИСТЕМ В КОНЦЕПЦИИ ИНТЕГРАЦИОННО-КОНКУРЕНТНОГО РАЗВИТИЯ ЭПИДЕМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
- Библиографический список
- ГЛАВА 9 ИНТЕГРАЦИОННЫЙ ПОДХОД К ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКЕ НЕКОТОРЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ПРОФИЛАКТИКИ ИНФЕКЦИОННЫХ БОЛЕЗНЕЙ
- Библиографический список
- ГЛАВА 10 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ПАНДЕМИИ ГРИППА А(H1N1)pdm09 2009-2010 гг.
- Библиографический список
- ГЛАВА 11 ГЛОБАЛЬНЫЙ ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКИЙ НАДЗОР КАК ОТВЕТ НА ГЛОБАЛИЗАЦИЮ ЭПИДЕМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
- Библиографический список
- ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- Библиографический список