Наиболее успешного размножения вируса в. Вирусы. Строение и размножение. Бактериофаги. III. Выделение вирусов на лабораторных животных

- Если я правильно понял, вирусы отличаются от микробов тем, что они намного меньше их?

Да, вирусы настолько малы, что проходят через мельчайшие поры фарфоровых фильтров, которые, как установил еще великий Пастер, отделяют живое от не­живого. Через такие фильтры не проникают даже са­мые маленькие микробы.

- А могут ли вирусы размножаться?

Ответ на это только один: да, могут, хотя и с обя­зательной оговоркой - если только им удастся попасть внутрь живой клетки.

С момента открытия первых вирусов ученых не пе­реставал занимать вопрос, еще не решенный оконча­тельно и сейчас: какое же место в природе занимают эти мельчайшие создания? Для наглядности можно со­поставить длину некоторых живых существ: кит - 30 метров, мышь - 5 сантиметров, амеба - 50 мик­рон, вирус полиомиелита - 27 - 29 миллимикрон.

Таким образом, вирус полиомиелита примерно в миллиард раз меньше кита! Ничтожные размеры ви­русов позволили некоторым ученым вообще усомниться в их принадлежности к живым существам. Однако большинство вирусологов согласиться с этим не могло. Они знали, что вирусы проникают внутрь живых кле­ток, активно там размножаются и производят новое потомство. Именно благодаря этой способности размно­жаться вирусы были отнесены к живым существам.

Еще со школьной скамьи все хорошо усвоили, что микробы размножаются на искусственных питательных средах. Достаточно внести в стерильный флакон с пи­тательным бульоном небольшую капельку взвеси тех или иных микроорганизмов, как уже через несколько часов бульон помутнеет: под микроскопом можно будет обнаружить тысячи и тысячи новых микроорганизмов. А вот вирусы ни в одной, даже самой высококачествен­ной, питательной среде размножаться не могут. Даже если эта среда содержит весь необходимый для жизни набор аминокислот, витаминов, солей. В этом ради­кальное отличие вирусов от микробов. Вирусу нужна полноценная живая клетка, и лишь в ней может он раз­множаться, используя уже готовый обмен веществ клетки.

Микробы способны в течение длительного времени жить или просто сохраняться, чтобы ожить в будущем, в естественных условиях: в земле, в воде, на поверхно­сти любых предметов, например, на коже человека. Для них необходим минимум питательных веществ, а для возбудителя холеры достаточно простой воды в любом водоеме.

Вирусы же вне живых клеток сохраняются только непродолжительное время, лучше на холоде и гораздо хуже в тепле. Если летом на ярком солнечном свету ви­русы погибают очень быстро и даже при комнатной температуре переживают максимум полчаса-час, то на арктическом морозе, под толщами льда и снега они способны сохраняться многие годы.

Факты, подтвержденные тысячами и тысячами науч­ных наблюдений, свидетельствовали, что вне живого организма вирусы не размножаются. Отсутствовали аналогии между вирусными заболеваниями и эпидеми­ями брюшного тифа, вызванными зараженным моло­ком, или вспышками ботулизма, связанными с употреб­лением испорченных консервированных продуктов. Ви­рус должен был обязательно попасть (как правило, достаточно быстро) из живых клеток одного существа в новые чувствительные клетки другого существа.

При любом инфекционном процессе, вызванном ви­русами, о болезни следует думать как о чем-то, что один человек получил от другого человека, одно живот­ное от другого животного. Все симптомы болезни, кото­рые вирус вызывает у зараженного человека, связаны с вовлечением в инфекционный процесс тех или иных групп клеток, чувствительных к вирусу и способных поддержать его размножение.

Вирусы, вызывающие обычную простуду, размно­жаются, как правило, в клетках верхнего дыхательного тракта. В результате начинается насморк и кашель. Вирус полиомиелита попадает в организм человека че­рез рот и размножается исключительно в клетках тон­кого кишечника. Оттуда проникает в нервную систему, где и поражает клетки, ведающие двигательными функ­циями мышц. В результате развивается паралич ног, рук и даже дыхательной мускулатуры.

В противоположность микробам для каждого вируса существует свой вполне постоянный и достаточно огра­ниченный круг животных, растений, насекомых и даже микробов, которых он поражает. Заражая живое суще­ство, вирусы размножаются только в клетках опреде­ленных тканей или органов, а не в любом участке ор­ганизма.

В 30-х годах почти одновременно появились в печати две научные статьи, одна из Англии, другая из Совет­ского Союза. К. Смит и А. Смородинцев доказали, что грипп у людей вызывают вирусы, а не микробы, как это считалось раньше. С тех пор прошло более 40 лет. Выделено много вариантов вирусов гриппа, все они до­сконально изучены. Ученые подобрали удобную для изучения лабораторную модель - белую мышь. Уста­новили, что в легких этих животных вирусы гриппа ин­тенсивно размножаются. Однако это происходило, толь­ко когда вирус гриппа вводили мышке в нос. Если же ее пытались заразить инъекцией вирусной суспензии под кожу, внутривенно или в брюшную полость, вирус грип­па не приживлялся и не размножался.

- Если увидеть вирус внутри клетки с помощью микроскопа нельзя, то как это сделать?

К сожалению, обычный микроскоп, хотя он и уве­личивает предметы более чем в тысячу раз, перед ви­русом бессилен,

- Как же тогда получить «портрет» вируса, раз­глядеть его внутреннее устройство?

- Наука создала для этого электронный микроскоп, ультрацентрифугу и другие сложнейшие приборы.

Уже на первых этапах развития вирусологии ученые столкнулись с непреодолимой трудностью: увидеть ви­русы с помощью микроскопа не удавалось. Изучали ма­териалы, которые наверняка содержали живые вирусы, потому что с их помощью легко заражались лаборатор­ные животные или растения, однако никаких вредонос­ных возбудителей там видно не было. Еще совсем не­давно это считали одним из главных свойств вирусов и их отличий от микроорганизмов.

Большие усилия были затрачены для преодоления невидимости вирусов, делавшей их малодоступными для изучения. Путь к этой победе оказался достаточно долгим.

Трудность заключалась в том, что вирусы имеют ничтожно малые размеры - от 10 до 300 нанометров. Казалось бы, почему не сделать микроскоп с еще более сильными линзами, которые смогли бы увеличить пред­мет не в тысячу, а в 10 тысяч или 50 тысяч раз? Однако все упиралось в непреодолимость физических законов.

Законы оптики безоговорочно утверждают, что при любом освещении, которое используют в оптическом микроскопе, можно увидеть только объекты с попереч­ником больше длины волны света. У дневного света длина волны составляет 400-700 нанометров, следова­тельно, вирусы невозможно увидеть ни в один обычный микроскоп, каким бы совершенным он ни был.

На помощь вирусологам приходит электронный микроскоп, теорию устройства которого и первые образ­цы создают в конце 30-х годов, перед началом второй мировой войны, В. Зворыкин в США и А. Лебедев в СССР. В нем вместо видимого света используют по­ток электронов, а вместо увеличительных стекол - маг­нитные катушки. Пройдя через изучаемый предмет, тон­кий электрический луч многократно расширяется магнит­ными полями катушек. Это увеличивает изображение в несколько сотен тысяч раз и позволяет увидеть его на специальном флюоресцирующем экране, подобном экра­ну телевизора. Так как длина волны электронного луча равна всего лишь 0,01 ангстрема (ангстрем равен 0,1 нанометра), то есть в 500 тысяч раз меньше, чем у видимого света, с помощью электронного микроскопа можно рассмотреть даже небольшие белковые молекулы.

Электронный микроскоп в его современных модифи­кациях - это весьма точный и сложный механизм, сто­имость которого измеряется десятками тысяч рублей. Несмотря на это, все лаборатории, изучающие структу­ру вирусов, имеют его на вооружении. С помощью электронного микроскопа ученым удается рассмотреть большинство известных вирусов, просвечивая их пучком электронов.

В последние годы изобретен сканирующий электрон­ный микроскоп, принцип работы которого основан на том, что пучок электронов не проходит через предмет насквозь, а, падая на его поверхность под определенным углом, отражается от нее и после необходимого увели­чения изображения попадает на флюоресцирующий экран. Сканирующий электронный микроскоп позво­ляет увидеть даже объемное изображение вирусов, сде­лать фотографии, портреты вирусов с деталями струк­туры их наружной поверхности.

Исследование морфологии (формы и строения) по­зволило разделить все известные сейчас вирусы на три группы.

Раньше всего были изучены крупные вирусы. Их размер 200-300 нанометров. К таким «великанам» от­носятся вирусы оспы человека и животных, вирус эктромелии белых мышей (это заболевание часто встре­чается в питомниках, где разводят столь необходимых науке лабораторных животных).

Ко второй группе относят вирусы, средняя величина которых от 50 до 150 нанометров. К ним принадлежит большинство вирусов растений, бактериофаги (вирусы, уничтожающие микробов), а также вирусы кори, свин­ки, гриппа. Сюда же относятся возбудители многих за­болеваний верхних дыхательных путей, которые обыч­но называют «простудными», но которые на самом де­ле вызываются многочисленными вирусами.

Третья группа состоит из мельчайших вирусов (по величине они ненамного больше крупных белковых мо­лекул) с размером частиц от 20 до 30 нанометров. В этой группе находятся вирусы полиомиелита, желтой лихорадки, энцефалитов и многие возбудители тропиче­ских лихорадок.

Ученые подсчитали, что если диаметр крупных ви­русов превышает диаметр мелких всего лишь в 30 раз, то разница в их объеме составляет более 25 тысяч раз.

Подавляющая масса вирусных частиц (вирионов), которые поражают человека и животных, имеет форму шара, а у вирусов растений - вытянутый цилиндр. Хо­тя длина цилиндра вируса табачной мозаики достигает 350 нанометров, в оптическом микроскопе он все же не­видим: поперечник цилиндра не превышает 15 наномет­ров, а такие величины в оптическом микроскопе раз­глядеть нельзя.

Исследования знаменитого теперь американского биохимика, лауреата Нобелевской премии У. Стенли на­чались в 1935 году и пролили затем свет на состав ви­русов. Из сока растений, пораженных вирусом табачной мозаики, Стенли выделил высокомолекулярные соеди­нения. После тщательной очистки выяснилось, что это сложная комбинация нуклеиновой кислоты и белка. Это вещество получило название нуклеопротеин. Оно могло даже заражать здоровые растения, вызывая болезнь - табачную мозаику.

Однако самые существенные различия между виру­сами и микробами обнаружили, когда вирусы разобра­ли, если можно так выразиться, на составные части. Наука создала за последние годы много новых фермен­тов и реактивов, чтобы с более чем ювелирной точно­стью отделить друг от друга различные компоненты те­ла вируса или микробной клетки, получить их в чистом виде и достаточно точно изучить. Трудно даже вообра­зить себе эту точность, при которой ученые оперируют величинами, измеряемыми миллионными долями мик­рона!

Вирусы под различными углами просвечивали рент­геновскими лучами, измеряли величину электромагнит­ных колебаний их атомов, разделяли вирусные белки и нуклеиновые кислоты, определяли последовательность аминокислот в белке. Анализ всех фактов проводили с помощью сложнейших электронно-вычислительных машин за считанные дни, а не за долгие годы, как это делалось еще совсем недавно. И вот в результате тако­го скрупулезного исследования вирусов удалось устано­вить совершенно неожиданный факт: у них нет никако­го сходства с клеточной организацией, типичной для всех существующих на земле организмов!

В центре каждого вириона, образуя его сердцевину, лежит нуклеиновая кислота. Снаружи располагаются белковые молекулы, образующие своего рода защитное покрытие, так называемый «чехол». Они состоят из 20 хорошо известных аминокислот, из которых сотканы белковые молекулы всех живущих на земле существ.

Чтобы определить вес целой вирусной частицы или отдельных ее компонентов, используют ультрацентри­фугу. Отличается она от обычной центрифуги тем, что здесь развивается скорость вращения порядка 100 ты­сяч оборотов в минуту и создается сила тяжести, превы­шающая земное притяжение в несколько сот ты­сяч раз.

Если в ультрацентрифугу поместить пробирку, со­держащую концентрированный раствор сахара или ка­кой-либо соли, а поверх него - суспензию вируса, то при определенных скоростях вращения вирус будет оседать, двигаться по направлению к дну пробирки, как бы продавливаясь через плотный слой лежащего ниже раствора. По глубине погружения вируса в плот­ный раствор сахара или соли можно вычислить моле­кулярный вес частицы или отдельных ее компонентов.

За единицу измерения приняли дальтон - вес само­го маленького атома в природе - атома водорода. Ока­залось, что у мелкого вируса полиомиелита вес вирус­ной РНК, являющейся геномом, хранителем наследствен­ной информации вируса, не превышает 1-2 миллионов дальтон, у крупного вируса оспы достигает 200 миллио­нов. А средний вес генома бактериальной клетки до­стигает 1-10 биллионов дальтон.

Аминокислоты вирусного чехла соединены друг с другом последовательно в различных сочетаниях и образуют линейные цепочечные структуры (полипепти­ды). Их молекулярный вес варьирует от нескольких ты­сяч до сотен тысяч дальтон. Так, наружный слой вируса табачной мозаики образует 2200 «кирпичиков» белка совершенно идентичного состава, которые группируются в правильном порядке.

Структура различных вирусов отличается большей или меньшей степенью сложности. Если наиболее про­стые мелкие вирусы состоят только из обособленной мо­лекулы РНК и белка, то более крупные обладают и наружной оболочкой, своего рода «упаковочным конвер­том», в состав которого входят не только белки, но угле­воды и липиды (жировые вещества).

Наиболее сложно устроены бактериофаги («пожира­тели бактерий»). По форме они напоминают гимнасти­ческую булаву. В их шаровидной головке помещена нуклеиновая кислота. Длинный отросток булавы пред­ставляет собой полый чехол, построенный из молекул белка. С помощью этого отростка бактериофаг прикреп­ляется к оболочке или к жгутикам бактерий, внедряет конец отростка в цитоплазму микроба и впрыскивает, как через шприц, свою нуклеиновую кислоту.

Белки, входящие в состав любого вируса, отличают­ся по структуре от белков поражаемых клеток. Каждый белок является антигеном, то есть веществом, способ­ным вызвать образование антител. Разница в строении молекул вирусного белка и клеточного ведет к тому, что при введении животному эти белки вызывают обра­зование совершенно разных антител, реагирующих толь­ко со своими антигенами. Антитела против клеточных белков соединяются только с ними и не соединяются с вирусами. Антитела против вируса не реагируют с белками клетки. Именно благодаря таким различиям специальные лабораторные приемы позволяют распо­знать присутствие вируса внутри зараженной клетки.

- Если у вирусов есть только нуклеиновая кислота и немного защитного белка, то как же они размно­жаются?

В этом главная загадка вирусов. Полное отсут­ствие ферментов, необходимых для синтеза белков и нуклеиновых кислот! А потомство воспроизводится с не­обычайной быстротой.

- Как же совместить несовместимое?

- Чтобы понять, нужно увидеть. Вирусологи затра­тили на это 15 лет.

Известно, что в клетках растений или животных на­следственные функции несет дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), а рибонуклеиновые кислоты (РНК) выполняют чисто вспомогательные. Однако у многих вирусов ДНК вообще отсутствует, геном состоит из мо­лекулы РНК, причем не только в однонитевой, но и в двунитевой форме, чего нет у других живых существ на земле.

Простота организации вируса подтверждается не­большим количеством генетического вещества, а следо­вательно, и заключенного в нем объема генетической информации по сравнению с клеткой-хозяином, в кото­рой вирус размножается и которую подчиняет своим по­требностям.

Создается явное противоречие: вирус, имея объем ге­нетической информации, в тысячу раз меньший, чем сложно организованная клетка, никогда не оказывает­ся в подчиненном положении, а, наоборот, почти всегда побеждает. Это противоречит всем известным канонам. Понять это можно, лишь предположив, что у вирусов есть какие-то решающие преимущества перед клетка­ми, позволяющие легко их завоевывать и обращать в своеобразное рабство.

До открытия мира вирусов длительные наблюдения за различными микробами и любыми одноклеточными организмами позволили установить, что все они раз­множаются совершенно одинаково: путем непрерывно­го, обычно прямого деления, когда из одной клетки об­разуются две, из них - четыре и так далее.

В течение многих десятилетий процесс размножения вирусов объясняли по аналогии с привычным и так хорошо изученным размножением у бактерий. Непонят­ной оставалась лишь огромная быстрота, с которой он идет.

Если бы число вирионов увеличивалось даже с наи­большей скоростью, доступной для бактериальной клет­ки, то есть три деления в час, потомство вируса проде­лало бы за три часа девять последовательных делений и составило бы всего тысячу частиц. Однако факты не укладывались в эти расчеты, и приходилось допустить, что каждое деление вируса на две дочерние части­цы происходит не через 20 минут, а несоизмеримо бы­стрее.

Первым, кто подсчитал, сколько же вирусных частиц образуется в ходе размножения, был английский виру­солог К. Эндрюс. Заражая бактериофагами культуру бактерий, он установил, что одна частица бактериофага размножается в 100 тысяч раз быстрее бактерии, давая уже через три часа потомство в 100 миллионов частиц. Какого-либо объяснения для столь небывало быстрого темпа размножения вирусов никто в то время предло­жить не мог.

Решением этого интересного вопроса занялись мно­гие ведущие вирусологи мира. Вначале установили, что вирион не разделяется на две дочерние частицы, как это происходит со всеми известными на земле клеточ­ными формами. Далее выяснилось, что вирусы вообще не делятся и что у них есть свой особый механизм раз­множения, отличный от всех остальных живых су­ществ. Оказалось, что каждая вирусная частица сра­зу же «рождает» потомство в количестве от ста до ты­сячи и более новых вирионов.

Во всех странах мира ученые в одиночку и целыми коллективами вкладывали свою лепту в познание неви­димых процессов, происходивших внутри клеток бук­вально на молекулярном уровне. В итоге этих обшир­ных исследований удалось составить достаточно четкую схему последовательных этапов размножения, или, как чаще говорят, репродукции вирусов.

Все начинается с избирательной адсорбции вируса на особых рецепторах, расположенных на поверхности клеток. После этого некоторые вирусы, обладающие специальным ферментом проникновения, способным рас­творить клеточную оболочку (например, нейраминида­за вируса гриппа), внедряются внутрь, другие же клет­ка поглощает сама, приняв их за вполне съедобный белок.

Проникнув внутрь клетки, вирус исчезает в прямом смысле этого слова, и никакими самыми чувствительны­ми методами не удается обнаружить в клетке ни цель­ной частицы, ни отдельных ее компонентов. Ученые даже назвали эту стадию размножения вируса эклипсом, что соответствует русскому слову «затмение».

Разгадка этого парадокса получена совсем недавно. Оказалось, что в стадии эклипса вирусная частица рас­падается на белок и нуклеиновую кислоту. Такое «раз­девание» вируса, как это ни странно, производит сама клетка с помощью ферментов. Они реагируют на про­никший вирус как на кусочек белковой пищи и ста­раются его растворить и переварить.

Все основные события последующих часов, опреде­ляющие сущность процесса размножения вирусов, связаны не с белковым компонентом вируса, а с нуклеи­новой кислотой. Именно она определяет весь ход даль­нейшего размножения вирусов.

В нормальных условиях жизнь клетки регулируется деятельностью ее собственных нуклеиновых кислот, ру­ководящих синтезом клеточных белков и других хими­ческих соединений. В хромосомах клетки содержатся многочисленные молекулы ДНК. Длинная молекула этой кислоты по своему строению несколько похожа на велосипедную цепь, закрученную в пространстве в виде спирали. Наследственная информация клетки о структуре всех без исключения белков, входящих в ее состав, записана в огромной полимерной нити, в двой­ной спирали молекулы ДНК. Она хранится в клеточном ядре.

Каждое звено цепочки ДНК - своеобразная ячейка, группа из трех генов, которая называется «оперон», так как она производит операцию выдачи заложенной в ней информации. Ведь каждый ген служит носителем ка­кой-то определенной наследственной информации. В од­ном из генов содержится информация о структуре и по­следовательности подбора молекулярных кирпичиков для синтеза строго определенной белковой молекулы, или молекулы фермента, или молекулы новой нуклеи­новой кислоты. Два других играют роли включателя и выключателя процесса считывания информации, зало­женной в первом гене.

В нужный момент оперон получает импульс, посту­пивший от включающего гена-оператора. Происходит выдача информации, заложенной в ячейке и необходи­мой для синтеза новых молекул белка или нуклеиновой кислоты. С участков ДНК снимаются копии, чертежи поменьше. Это молекулы информационных РНК (иРНК). Они двигаются из ядра в цитоплазму, где на­ходятся рибосомы - своеобразные станки по производ­ству белка. В каждой клетке много тысяч рибосом. Диа­метры каждой 200-300 ангстрем, а молекулярный вес 2-5 миллионов дальтон.

Из нескольких рибосом информационная РНК. фор­мирует так называемый полисомный комплекс, своеоб­разную матрицу, на которой, как в типографии с на­бранного шрифта, начинается отпечатывание (реплика­ция) новых копий белковых молекул. Транспортные РНК (тРНК) подвозят к рибосоме строительные бло­ки - аминокислоты. Находящиеся на рибосомах иРНК (они крупнее тРНК) служат шаблоном, определяющим последовательность стыковки друг за другом каждой из привезенных аминокислот. Каждая тРНК присоеди­няется к определенному участку иРНК. Так вдоль всей молекулы иРНК в соответствии с заложенным в ней ко­дом выстраиваются молекулы тРНК с аминокислотами. В рибосоме эти аминокислотные блоки сшиваются друг с другом, их цепочка полимеризуется в молекулу белка.

Одна молекула белка собирается на рибосоме за 20-30 секунд. Когда синтезируется достаточное количе­ство таких молекул, в процесс вступает ген-регулятор. Он дает сигнал, участок ДНК, ведающий синтезом одно­го из белков, выключается и не функционирует до тех пор, пока в клетке опять не возникнет потребность в этом белке.

Следовательно, в хромосоме здоровой клетки все участки ДНК работают по принципу «включено» - «выключено», непрестанно регулируя количество и на­бор синтезируемых белков, необходимых клетке в каж­дый момент ее жизнедеятельности. Основа всех нор­мальных процессов клеточного синтеза заключается в том, что они контролируются и направляются инфор­мацией, передаваемой как бы по конвейеру от ядерной ДНК к исполнительной (информационной) РНК клеток.

Но вот в клетку проникла вирусная нуклеиновая кислота. Она сразу же берет весь основной обмен клет­ки, все процессы синтеза под свой контроль.

Враг захватил завод, который в мирное время де­лал тракторы. Используя те же станки, оборудование и сырьевые ресурсы, враги заставляют рабочих завода де­лать танки для своей армии, чтобы захватывать все новые и новые города. Внутри зараженной клетки про­исходит, по существу, аналогичный процесс.

Вирусная нуклеиновая кислота ведет себя в клетке как агрессор. Информация, закодированная в вирусной РНК (или ДНК), служит для клетки более обязатель­ным и строгим «приказом», чем усилия собственных нуклеиновых кислот сохранять на каком-то уровне нор­мальную физиологическую деятельность организма. В течение многих часов, а иногда и дней после зараженная вирусная нуклеиновая кислота направляет все строительные запасы захваченной клетки на создание сотен и тысяч новых вирусных частиц.

Клетка превращается в фабрику по сборке своих убийц. Именно убийц, потому что вирусное потомство стремится выйти наружу и разрывает или расплавляет при этом клеточную оболочку, наступает гибель клет­ки-хозяина.

Вирус использует строительные ресурсы и фермент­ные системы клетки для своих нужд, а затем уничто­жает ее, чтобы на следующем этапе инфекции зара­зить, а следовательно, и уничтожить сотни и даже ты­сячи новых клеток.

После заражения клеток различными вирусами в первую очередь формируется особый белок (ученые на­звали его белок-ингибитор), подавляющий нормальное функционирование клеточных ДНК. Он прекращает передачу информации, необходимой для нормальных клеточных синтетических процессов.

Примерно в это же время формируется фермент, разрывающий полисомные комплексы, на которых шла сборка клеточных белков. Теперь уже клетка собствен­ных белков не производит. Кроме того, и это является самым важным, синтезируется фермент полимераза (другое название - синтетаза), необходимый для сня­тия копий с внедрившейся в клетку вирусной РНК.

Для дальнейшей судьбы вируса именно стадия обра­зования полимеразы является жизненно необходимой, потому что копии РНК будут использованы в качестве начинки при сборке новых вирионов. Синтезированные в клетке специфические вирусные РНК служат также матрицами, на которых строятся белковые части вирио­на - его капсомеры.

Предполагают, что молекулы нуклеиновой кислоты для будущих вирусных частиц строятся в ядре заражен­ной клетки, а белковые футляры - в цитоплазме. Затем происходит формирование «полного», то есть зрелого, вируса. На внутренней поверхности клеточной оболочки завершается объединение вирусной нуклеиновой кисло­ты (РНК или ДНК) с белковым чехлом. Этот процесс идет одновременно во многих участках и заканчивается созреванием большой массы высокозаразных частиц.

Иногда в клетках вырабатывается больше молекул одного биополимера, чем другого. Если в зараженной клетке сформировался избыток вирусного белка, его мо­лекулы образуют оболочку вируса, не начиненную РНК (которой для этого просто не хватило). Эти структуры, называемые «неполным» вирусом, выходят из клетки, и их можно увидеть в электронном микроско­пе. Они похожи на бублик с дыркой посредине. Есте­ственно, что такой «неполный» вирус не обладает инфек­ционными свойствами, которые полностью зависят толь­ко от РНК.

- Итак, инфекционные свойства вируса связаны с его нуклеиновой кислотой.

- Да, и это было доказано в нескольких крупней­ших лабораториях мира.

- А какова же роль белка?

- Он защищает нуклеиновую кислоту от внешних воздействий и помогает вирусу внедриться в клетку.

Четверть века назад, в 1952 году, известнейшими американскими биохимиками Э. Херши и М. Чейз при изучении бактериофагов впервые было показано, что нуклеиновые кислоты играют главную роль в репродук­ции вирусов. В отличие от всех остальных вирусов бак­териофаги не проникают в клетку своего хозяина - мик­роба, а лишь прикрепляются к его оболочке. Наблюдая с помощью электронного микроскопа за различными стадиями взаимодействия между бактериофагами и бак­териями, ученым удалось увидеть, как фаг вводит внутрь микроба свою нуклеиновую кислоту. Весь белковый че­хол, которым бактериофаг прикрепился к оболочке мик­роба, остается снаружи. Фотографии, полученные уче­ными, обошли весь мир, опровергая прежние утвер­ждения о ведущей роли белка в передаче наследствен­ной информации.

Но ведь все, что касается бактериофага, не обяза­тельно должно повторяться при репродукции других, устроенных по-иному вирусов, утверждали скептики, у которых в голове не укладывалось, что из одной молеку­лы вирусной РНК в клетке может одновременно воз­никнуть тысяча и более новых вирусов. И вот в 1956 го­ду X. Френкель-Конрад в США и одновременно с ним А. Гирер и Г. Шрамм в ФРГ сделали важное открытие, за которое они позднее получили Нобелевскую премию. Разрушив белковый компонент вирусной частицы табач­ной мозаики крепкой карболовой кислотой (фено­лом), они выделили РНК и очистили ее. Полученная РНК не содержала даже следов белка. Тем не менее вве­дение ее в листья здоровых растений вызвало развитие типичной мозаичной болезни.

Сам по себе факт выделения заразного компонента вируса (его нуклеиновой кислоты) с помощью карболки, широко используемой в практической дезинфекции для разрушения самых устойчивых микроорганизмов, казался чем-то невероятным. Более того, нуклеиновую кислоту, полученную после сжигания фенолом белковых молекул вириона, осаждали и длительно хранили в чис­том спирте, который также является сильнейшим дез­инфицирующим средством. Несмотря на эти вредней­шие воздействия, совершенно несовместимые с существовавшими в медицине понятиями о жизни, ви­русная нуклеиновая кислота отлично сохраняла свою заразительность для клеток восприимчивых растений та­бака.

В последние годы из многих мелких вирусов живот­ных и человека (полиомиелит, клещевой энцефалит, ви­русы, вызывающие злокачественные перерождения тка­ней) также удалось выделить рибонуклеиновые кисло­ты, обладавшие заразными свойствами. Такие вирусные РНК стали называть инфекционными, посколь­ку они вызывали развитие болезни в организме воспри­имчивых животных или же в чувствительных культурах ткани без участия вирусных частиц или их белка. При­чем после каждого такого искусственного заражения с помощью инфекционной РНК в клетках исследуемого объекта появлялись вполне полноценные вирусные час­тицы.

Первоначально открытие инфекционных нуклеиновых кислот было встречено с недоверием. Многие, даже очень солидные, ученые-биологи думали, что инфекцион­ный процесс вызывают не сами нуклеиновые кислоты, а сохранившиеся в растворе частицы живого вируса или примеси белка. Однако такие сомнения были быстро опровергнуты. X. Френкель-Конрад использовал самые чувствительные методы химического анализа, способ­ные обнаружить даже отдельные белковые молекулы. Все пробы на белок были отрицательными: препараты содержали только нуклеиновую кислоту.

Теперь следовало доказать, что именно она несет в себе заразительность для здоровых растений. Для это­го А. Гирер и Г. Шрамм провели специальные контроль­ные исследования, которые показали, что добавление фермента рибонуклеазы к препарату вирусной РНК полностью разрушало его инфекционные свойства. Это подтвердило, что вся заразительность заключена в об­следуемой РНК, так как рнбонуклеаза совершенно без­вредна для вирусной частицы.

Исследователи установили также, что активность ви­русных нуклеиновых кислот не изменялась и после до­бавления иммунной сыворотки. Если бы после обработ­ки фенолом в препарате вирусной РНК сохранились да­же отдельные неубитые вирусные частицы, иммунная сыворотка подавила бы их биологическую активность.

Чтобы окончательно убедиться в своей правоте, ис­следователи провели дополнительные испытания. Они установили, что препараты очищенной вирусной РНК крайне нестойки и быстро разрушаются даже при не­продолжительном хранении в термостате или в леднике.

Напротив, частицы исходного вируса табачной мозаики сохраняли высокую устойчивость даже после продол­жительного хранения в тех же условиях. Поэтому, счи­тали ученые, вирусные частицы было бы легко обнару­жить через несколько дней после хранения на леднике, когда нежные нуклеиновые кислоты полностью разру­шатся. Однако все попытки оказались безуспешными: с гибелью РНК исчезала инфекционная активность очи­щенного препарата. Так было окончательно доказано, что именно выделенная из вируса РНК, а не остаточ­ный вирус, вызывала заражение листьев растений.

Очищенные вирусные нуклеиновые кислоты способ­ны заражать даже ткани, которые в естественных усло­виях полностью невосприимчивы, то есть устойчивы, не­чувствительны к цельному вирусу. Например, вирус по­лиомиелита прекрасно размножается в тканевых куль­турах, приготовленных из клеток человека. Ведь как раз у человека этот вирус вызывает поражение спин­ного мозга, параличи и смерть. В то же время этот ви­рус не способен заразить тканевые культуры, приготов­ленные из клеток курицы, так же как он не может за­разить и курицу.

Выделенную из вируса полиомиелита инфекционную РНК легко удалось ввести в куриные клетки, после чего в них произошло формирование сотен полноценных зре­лых частиц вируса. Но в невосприимчивой ткани вирус­ная инфекция на этом и прекращалась. Новые вирионы, которые могли бы оказаться высокозаразными для чув­ствительных тканей, были часто не способны даже вый­ти из нечувствительных к ним клеток.

Однако с помощью электронного микроскопа ученым удалось увидеть вирусные частицы внутри клеток и вы­делить вирус из клеток, разрушив их ультразвуком. Та­кой вирус прекрасно размножался, если его переносили в другую, восприимчивую ткань.

Если учесть полную искусственность опытов с очи­щенной вирусной нуклеиновой кислотой, с помощью ко­торой ученые старались заразить растения, животных или тканевые культуры, становится понятным, почему активность инфекционной вирусной РНК несравненно ниже активности исходных частиц. Для заражения куль­туры ткани нужно взять РНК, выделенную из 10^6- 10^8 вирусных частиц или всего 4-10 вирионов. Разница огромная, и величины несопоставимые.

В естественных условиях «голая» РНК никогда не проникает в клетки извне, через клеточную оболочку. Нуклеиновые кислоты всегда попадают сюда только в составе цельной вирусной частицы, которая освобож­дает вирусную РНК (или ДНК) лишь внутри заражен­ной клетки. Хотя вирусные нуклеиновые кислоты и игра­ют ведущую роль в размножении вирусов, однако они не обладают способностью самостоятельно переходить от клетки к клетке.

- Как же организм животного или человека защи­щается от вируса, с которым никогда раньше не встре­чался?

Первый этап, как правило, заканчивается ги­белью зараженных клеток. В результате образуется не­сколько тысяч новых вирусов, затем миллион, милли­ард, а потом организм должен погибнуть.

- Но в реальных условиях этого не происходит. За­болевший обычно выздоравливает.

Действительно, даже при тяжелейших вирусных инфекциях, как оспа или клещевой энцефалит, поги­бают не все заразившиеся люди, а такие болезни, как свинка, корь, грипп, для большинства оканчиваются благополучно.

Обороняясь от возбудителей заразных болезней, ор­ганизм вырабатывает, как известно, высокоэффективные защитные вещества - антитела. Против каждого воз­будителя, будь то бактерия или вирус, образуются свои антитела. Они соединяются только со «своим» возбуди­телем и нейтрализуют его активность, совершенно не действуя на все остальные.

Каждому этапу развития любой науки, в том числе и медицины, соответствует определенный уровень зна­ний. Поэтому многие первоначальные положения, своего рода аксиомы вирусологии основывались на знаниях, полученных ранее микробиологами, изучавшими проти­вомикробный иммунитет. Вот почему вирусологи до­вольно долго считали, что выздоровление обеспечивает­ся только специфическим иммунитетом, его антителами, которые образуются в ответ на проникший в организм и размножающийся там вирус. Однако существовало определенное противоречие, на которое долго старались не обращать внимания, хотя оно буквально бросалось в глаза.

Совершенно непонятным оказывался такой хорошо известный факт: антитела образуются и поступают в кровь через несколько дней после заражения. Именно такой срок требуется организму, чтобы ответить на аг­рессию и выработать необходимые количества защитных антител, способных связать вирус. Но, ведь зная необы­чайно высокий темп репродукции вируса в зараженных клетках, легко можно подсчитать, что в первые два-три дня болезни должны образовываться неисчислимые пол­чища новых вирусов. Следовательно, антитела просто­напросто опоздают и не смогут нейтрализовать ин­фекцию!

Кроме того, ученые показали, что антитела действу­ют, только когда вирус находится вне клетки: в крови, в лимфе, - и не способны проникать внутрь клеток, за­раженных вирусом, хотя и препятствуют внедрению ви­русов в чувствительную ткань.

Очевидно, есть какие-то еще неизвестные способы защиты, которые именно в первые часы после заражения должны, во-первых, ограничить размножение вируса внутри клетки, а затем и воспрепятствовать заражению новых клеток, как бы связать вирус по рукам и ногам до подхода основной армии защиты - антител.

Можно думать, что уже на самых ранних этапах эво­люции живых существ на поверхности нашей планеты началась неравная борьба между клеточными организ­мами и мельчайшими их врагами - вирусами. Учиты­вая необычайно быстрый темп размножения вируса, та­кая борьба должна была бы окончиться их несомненной победой над более сложно организованными многокле­точными организмами. Чтобы как-то защитить себя от бурно размножающихся противников, позвоночные жи­вотные многие и многие тысячи лет назад выработали универсальный механизм защиты от вирусной агрессии. Эта дополнительная (но против вирусной инфекции, может быть, и основная) защита проявляется и действу­ет на уровне клеток. Она резко подавляет темп размно­жения вирусов, замедляет скорость развития инфекци­онного процесса.

В середине 30-х годов два американских исследова­теля, Г. Финдлей и Ф. Маккаллум, проводили опыты на обезьянах, изучая разновидности вирусов желтой лихо­радки, вызывавших или не дававших развития энцефа­литов у этих животных. Вирусы нередко были причиной гибели людей, живших в Африке, и особенно приезжав­ших на Африканский континент европейцев: путеше­ственников, моряков и поселенцев. Обезьяны, так же как и люди, погибали от этих вирусов, причем нередко раз­вивались тяжелейшие параличи.

Однажды, не располагая достаточным числом обезь­ян, ученые заразили смертельным вирусом животных, которым несколько дней назад была введена ослаблен­ная разновидность вируса желтой лихорадки. Произо­шло непонятное и поистине чудесное явление: обезьяны не только не погибли, но даже не заболели. Опыты сле­довали за опытами, и результаты, повторяя друг друга, позволяли сделать вывод, что найдена совершенно но­вая возможность спасти животных от смертельных ви­русов. Для этого нужно ввести им незадолго до зараже­ния другой, малоопасный вирус, который даже может быть вирусом совершенно иного вида.

Таким образом, было сделано важнейшее открытие, а в медицине появился новый термин «интерференция» вирусов, происшедший от английского слова «помеха», «препятствие».

С самого начала этих работ ученым было ясно, что природа интерференции связана вовсе не с иммуните­том, а с каким-то «неспецифическим» механизмом. Од­нако в течение долгих 20 лет ученые объясняли защит­ный эффект простой конкуренцией между двумя сопер­никами. Думали, что первый по порядку «несмертельный» вирус отнимает у второго «злокачественного» виру­са питательные ресурсы зараженного организма, а это подтверждалось плохим размножением смертельного ви­руса, введенного во вторую очередь.

В 1957 году английский ученый А. Айзекс и его мо­лодая практикантка доктор Д. Линденман показали, что причина интерференции совсем другая. Исследователи изучали поглощение вируса клетками из окружающей питательной среды и ожидали увидеть снижение интер­ферирующей силы среды. Однако произошло обратное. Но ученые, к счастью, не прошли мимо этого непонят­ного поначалу факта, а стали искать вызвавшую его причину. Они установили, что если внести в культуру ткани инактивированный теплом вирус гриппа, то зара­женные клетки начинают вырабатывать какое-то белко­вое вещество и выделять его в окружающую среду. В незараженных клетках такого белка обнаружить не удалось.

Айзекс назвал открытый им белок интерфероном и этим обессмертил свое имя.

Интерферон обладал чудесными свойствами идеаль­ного противовирусного лекарства, и его открытие яви­лось крупным событием в биологии и медицине. Прав­да, вначале оно было встречено с недоверием, но уже через два-три года вызвало широкий поток исследований во всех странах мира. Ученые пытались выяснить при­роду интерферона, понять механизм его действия на ви­русы и постараться использовать для борьбы с вирус­ными болезнями у людей и животных.

Молекулы интерферона наделены весьма важными и интересными свойствами: они полностью лишены како­го-либо побочного действия на организм. Защита от ви­русов наблюдается в клетках только того вида живот­ных, которые выработали интерферон. В отличие от ан­тител он подавляет размножение практически всех из­вестных вирусов. Активность самых лучших антибиоти­ков (стрептомицина, пенициллина, эритромицина и дру­гих) распространяется на многие возбудители болезней бактериальной природы, но, к сожалению, не на ви­русы.

Как теперь установлено, в первые дни после зараже­ния от смертельного воздействия любого вируса орга­низм защищает именно интерферон. Это очень важно в тех случаях, когда организм встречается с каким-либо вирусом впервые в жизни и не имеет к нему антител. Интерферон играет роль как бы пограничной заставы, которая принимает на себя удар противника, пока не подтянутся основные защитные войска.

Особенно это ценно при таких инфекциях, как грипп и простудные заболевания, которые длятся лишь три-пять дней. Тогда именно интерферон способствует вы­здоровлению, поскольку антитела образуются поздно, воздействовать на вирус не успевают и играют свою за­щитную роль только при повторной встрече организма с тем же вирусом.

Вскоре после того, как вирус прикрепится к поверх­ности клеток, они «распознают» в его лице не только полезный питательный белок, но и своего смертельного врага. Вот это-то раннее «распознавание» и позволяет организму достаточно быстро подготовить эффективную оборону, чтобы подавить вирусную инфекцию или хотя бы ограничить ее уже в первые часы после начала бо­лезни.

Исследование тончайших процессов, происходящих на молекулярном уровне внутри живых клеток, потре­бовало довольно длительного времени. И если интер­ферон был открыт в Англии, то объяснить, как он обра­зуется, удалось в Америке.

Вирусолог С. Барон из Института аллергии и инфек­ционных болезней, расположенного в городе Бетесда,

близ Вашингтона, много лет посвятил изучению всего двух вопросов: почему в зараженных вирусами клетках образуется интерферон и как это происходит? Вдумай­тесь! Всего два вопроса, но каких важных! Если на них ответить, откроется путь к пониманию главной задачи: способу борьбы с любыми вирусными инфекциями.

Ученому удалось установить, что, как только вирус проникает в цитоплазму клетки и начинает там «разде­ваться», сбрасывая белковый чехол и выделяя нуклеи­новую кислоту, клетка воспринимает эти действия за сигнал тревоги, оповещающий о вторжении смертельно­го врага, против которого немедленно надо готовить ак­тивнейшее оружие.

С. Барон доказал также, что начало синтеза интер­ферона совпадает с периодом, когда в зараженной клет­ке вирусная РНК становится матрицей, с которой печа­таются новые РНК. Формирующиеся в ходе этого про­цесса двунитевые РНК и служат стимулом для образо­вания интерферона. А происходит это потому, что в здо­ровых клетках никогда не бывает двунитевых РНК, а только однонитевые. Двунитевая форма РНК чужерод­на для клетки, а это как раз и необходимо, чтобы подать сигнал опасности. Таков был ответ на вопрос «почему».

Ответ на второй вопрос - «как» - потребовал гораз­до больше времени. Оказалось, что, когда клетка получа­ет сигнал опасности, немедленно включается специаль­ный ген-оператор. Начинается синтез информационной РНК, а затем на ее матрице в полисомах клетки проис­ходит сборка относительно простых и легких по весу бел­ковых молекул, которые мы называем интерфероном. В 1974 году ученые установили, что ДНК, отвечающие за образование интерферона, расположены у человека только в хромосомах № 2 и 5.

Период образования многих и многих тысяч молекул интерферона в зараженной клетке обычно занимает от двух до шести часов. Значит, он намного короче, чем пе­риод репродукции вирусного потомства. А раз так, клетка успевает опередить агрессора и построить оружие рань­ше, чем масса родившихся вирусов выйдет и набросится на новые беззащитные еще клетки.

Небольшая молекула интерферона может легко про­ходить через клеточные оболочки. Пока в зараженной клетке идет размножение вируса, интерферон уже успе­вает образоваться, выйти из этой зараженной клетки в кровь, в лимфу, в окружающее пространство и про­никнуть в другие клетки.

Хотя к синтезу интерферона способны многие груп­пы клеток соединительной и эпителиальной ткани, осо­бенно активно выполняют эту работу клетки белой кро­ви (лимфоциты).

Основатель химиотерапии микробных инфекций не­мецкий бактериолог П. Эрлих мечтал когда-то о синтезе химических соединений, способных излечивать любые заразные болезни без вреда для больных. Интерфе­рон, бесспорно, первое такое идеальное лекарство.

По выраженности лечебного действия с интерферо­ном не могут конкурировать даже лучшие антибиотики. Исследователи рассчитали, что для лечения тяжелого гриппа вполне достаточно ввести больному в несколько приемов всего один миллиграмм чистого интерферона. Для лечения же бактериальных инфекционных заболеваний применяют, как правило, ежедневно по нескольку граммов того или иного антибиотика.

Каким же образом действует интерферон на ви­рус? Может ли он соединяться с вирусом и нейтрализо­вать его, как это делают антитела?

- Нет, инферферон с вирусом не соединяется, и в этом одно из его решающих отличий от антител.

Но, может быть, интерферон не дает вирусу ад­сорбироваться на клеточной оболочке, или как-то ме­шает ему проникнуть внутрь клетки, или, действуя на вирусную нуклеиновую кислоту, инактивирует ее?

Вот здесь вы несколько ближе к истине. Люди часто стараются найти уже известные аналогии для объяснения нового и непонятного. Так произошло и с интерфероном, действие которого на вирусы совершен­но необычное.

Многие ученые в разных странах мира обнаружили, что интерферон наделен необычайно широким «спек­тром» противовирусной активности: он подавляет раз­множение большинства известных вирусов. Препятству­ет размножению вируса оспы в коже, вируса гриппа в легких, вируса энцефалита в мозгу, вируса лейкоза в костном мозге или в лейкоцитах крови.

Уже первые поиски установили, что непосредствен­ного воздействия на вирус интерферон не оказывает. Действительно, пробовали соединить в пробирке вирусную суспензию с концентрированными препаратами ин­терферона, а затем заразить этой смесью животное. И убедились, что инфекционный процесс развивается с такой же интенсивностью, как и при использовании вируса без интерферона.

Расшифровали механизм действия интерферона со­всем недавно. И сделали это американский вирусолог С. Барон и наши советские ученые, москвичи Ф. Ершов и В. Жданов в Институте вирусологии имени Д. Иванов­ского. Они доказали, что весь процесс защиты организ­ма от внедрившегося вируса происходит внутри еще не зараженных клеток, а в 1975 году группа ученых Йель­ского университета (США) установила, что в ядрах кле­ток человека, в хромосоме № 21, находится специальная группа генов (специфический участок ДНК, с которым соединяется молекула интерферона, как только она про­никает в клетку), отвечающая за этот процесс.

Небольшая молекула интерферона способна свобод­но проходить через клеточные оболочки и, проникая в цитоплазму, воздействовать на синтетический аппарат клетки так, что он становится непригодным для размно­жения вирусов. Этот механизм коренным образом отли­чается от действия антител, которые для выполнения своей функции должны обязательно соединиться с ви­русами, находящимися вне клетки. Только таким путем антитела препятствуют переходу вируса от зараженной клетки к здоровой.

К сожалению, процессы, происходящие на уровне таких мелких молекул, какой является интерферон, нельзя увидеть. Но тончайшие методы современной ви­русологии и генетики позволяют косвенно проследить за ходом этих процессов.

В. Жданов, Ф. Ершов и их сотрудники установили, что интерферон как бы пробуждает от спячки группу генов, отвечающих за синтез особых информационных РНК, с помощью которых клетка быстро строит антиви­русный белок. Дальше события разворачиваются совер­шенно необычным образом. Вновь синтезированный ан­тивирусный белок используется клеткой не для нейтра­лизации самого вируса, а для того, чтобы нарушить так хитро налаженный механизм печатания копий вирус­ных РНК и сделать невозможным воспроизводство ви­русного потомства. Все синтетические процессы, необ­ходимые для нормального функционирования самой клетки, сохраняются.

Каждая молекула антивирусного белка присоеди­няется к одной из рибосом, слегка изменяя этим ее конфигурацию. Такие рибосомы по-прежнему сохраняют способность соединяться под влиянием информационных РНК в полигамные комплексы и строить новые клеточ­ные белки. Однако если полисома сформируется под воз­действием вирусной информационной РНК, то дальней­шей передачи информации не будет и синтеза вирусных белков не произойдет.

Многие ученые говорили о преимущественной защит­ной роли интерферона при таких кратковременных и остротекущих инфекциях, как грипп. В Научно-исследо­вательском институте эпидемиологии и микробиологии имени Л. Пастера обследовали большое число сывороток крови людей, заболевших гриппом и лечившихся в боль­нице имени С. Боткина в Ленинграде. Оказалось, что чем больше интерферона образовывалось в первые дни болезни, тем легче протекал грипп и тем быстрее по­правлялся больной. У некоторых людей интерферон во­обще препятствовал развитию болезни, хотя скрытая инфекция была и это подтверждалось образованием ан­тител.

Полезное влияние интерферона зависит от степени болезнетворности, зловредности вируса для организма, а также от общего состояния здоровья человека. Защит­ный эффект интерферона снижается, если возбудитель вирусной инфекции чрезмерно, разрушителен, токсичен, а человек ослаблен переутомлением, нервными пережи­ваниями, хроническими заболеваниями сердца, печени, легких.

Когда система интерферона не срабатывала, грипп становился фатальным для больного. Именно это до­казал известный английский ученый Д. Тиррелл, обсле­дуя большое число людей, для которых грипп стал причиной смерти. Все они погибли в первые дни заболевания гриппом. Ни у одного из этих людей не удалось обнаружить интерферон ни в легких, ни в крови.

И наоборот, можно считать, что благополучный ис­ход вирусной инфекции является результатом активной оборонительной деятельности зараженных клеток, вы­рабатывающих интерферон, который нарушает синтез новых вирусных частиц и ликвидирует опасность появ­ления и распространения по организму новых генераций вируса.

Ученые не только доказали, что одним из факторов, определяющих сопротивляемость организма вирусной инфекции, служит его способность вырабатывать интер­ферон, но и что у разных людей она неодинакова. Большую роль играют врожденные особенности орга­низма. Около трети населения обладают характерными наследственными чертами, вследствие которых их орга­низм плохо производит интерферон. Зависит эта способ­ность и от возраста: интерферон слабее вырабатывается у детей до двухлетнего возраста, а также у пожилых людей старше 60-65 лет.

Формирование интерферона идет по-разному в за­висимости от внешних условий, например, погоды, тем­пературы воздуха, времени года. Зимой или осенью ор­ганизм медленнее производит интерферон и в меньших количествах, чем в теплое время. Поэтому летом люди гораздо реже страдают от гриппа и других заболеваний верхнего дыхательного тракта.

Таким образом, фронт борьбы с вирусами пролегает внутри живых клеток. Очень сложен путь его познания ч долог. Исследователи находятся сейчас лишь в самом его начале. Однако новые факты, которыми человечество овладело совсем недавно, помогли разгадать, пожалуй, самую сложную загадку - универсальный механизм, с помощью которого природа помогла всем живущим на земле существам одерживать победу над вирусами.

- Теоретически все, кажется, ясно. Но как можно приготовить много интерферона?

- Для этого в лабораториях уже отработаны необ­ходимые методы.

- Однако еще интереснее овладеть секретом запус­ка «машины», производящей интерферон в организме!

- Согласен: это путь к победе над вирусами.

С открытием интерферона появились новые перспек­тивы борьбы с вирусными инфекциями. Его стали рас­сматривать не только как ценное дополнение к старым, хорошо испытанным средствам предупреждения вирус­ных болезней (живым или убитым вакцинам), но и как самостоятельное лечебное или профилактическое сред­ство. Открылась весьма заманчивая перспектива создать препараты, с помощью которых можно повысить есте­ственную невосприимчивость организма к вирусным ин­фекциям.

Существуют два пути практического использования интерферона для профилактики или лечения вирусных заболеваний. Можно вводить людям готовый препарат высокоактивного интерферона, изготовленный в лабо­раториях или на специальной биологической фабрике. Однако интерферон, введенный извне, быстро разру­шается. Поэтому, чтобы удерживать его концентрацию па должном уровне, приходится вводить интерферон каждые три-четыре часа. В случае тяжелого заболевания такая тактика оправдана. А как воспользоваться интер­фероном в целях профилактики? Ведь он особенно эф­фективен в первые часы внедрения вируса, когда тот только-только начинает размножаться. Однако угадать этот момент весьма трудно, а чаще вообще невоз­можно.

Кроме того, можно заставить организм человека про­дуцировать интерферон, используя доброкачественные, безвредные вирусы или некоторые синтетические веще­ства. Вызванный ими к жизни интерферон будет сра­жаться сразу на многих фронтах против возбудителей любых вирусных болезней, какой бы облик они ни при­нимали.

Ученые установили, что для воздействия на вирус­ную инфекцию, например грипп, необходимо, чтобы пре­парат интерферона содержал не менее 500 тысяч меж­дународных единиц в одном миллилитре препарата. Производство таких высокоактивных продуктов нача­лось несколько лет назад в Финляндии, Японии и в на­шей стране. В качестве сырья используют белые кровя­ные тельца, лейкоциты человека, выделенные с по­мощью особых методов из крови доноров.

Именно доноры являются теми людьми, без которых невозможно пока приготовить достаточно большое коли­чество интерферона. Сдавая свою кровь безвозмездно или за определенную плату, доноры не только помогают больным, нуждающимся в переливании свежей челове­ческой крови после уличной травмы, тяжелой болезни или хирургической операции, но и способствуют приго­товлению ценного лекарственного вещества, действие ко­торого направлено на борьбу с вирусными болезнями.

Выделенные из крови доноров лейкоциты заражают безвредным для людей вирусом парагриппа мышей (ко­торый называется вирусом «Сендай» по имени японского города, где был выделен). Клетки начинают интенсивно вырабатывать интерферон, и уже через 15-18 часов в окружающей лейкоциты питательной среде накапли­ваются значительные его количества.

Используя ряд весьма трудоемких и очень точных процедур, из жидкости удаляют все лейкоциты и вред­ные для организма человека загрязняющие белки. Па ко­лонках со специальными смолами, которые пропускают интерферон, но задерживают вредные балластные про­дукты, препарат очищают.

До сих пор по-настоящему массовое производство интерферона затруднялось из-за недостатка свежей кро­ви людей. Поэтому весьма важно, чтобы число доноров увеличивалось, чтобы можно было получить достаточно большое количество лейкоцитов для производства интер­ферона.

Одним из самых больших энтузиастов получения лей­коцитарного интерферона стал финский вирусолог К Кантел. Он начал эту работу в 1963 году и через 10 лет организовал в Финляндии массовое производство препарата, который обладал необычайно высокой ак­тивностью: в каждом миллиграмме содержалось от од­ного до десяти миллионов единиц интерферона. С по­мощью этого препарата вылечивали больных с герпесом глаз, с хроническим гепатитом. Но наибольшего успеха достигли, когда удалось предупредить развитие метаста­зов у нескольких пациентов со смертельной саркомой костей. Начали также опыты по лечению больных лей­козами (раком крови), раком шейки матки и другими злокачественными новообразованиями. К 1981 году по­лучили первые результаты, которые убедительно го­ворили, что рак и саркому можно вылечить у значитель­ной части больных, если начать лечение интерфероном как можно раньше. Правда, лечить приходится доста­точно долго, да и высокоактивного интерферона требу­ется очень много: на одного больного расходовали ин­терферон, полученный из крови 200-300 доноров.

Нужен был какой-то иной источник интерферона, более дешевый и не лимитированный в количестве, как лейкоциты крови людей - доноров. Сначала попыта­лись использовать для этих целей культуры живых кле­ток, которые можно было бы непрерывно размножать в лабораторных условиях.

Такие клетки найдены, и их пересевы удается про­водить до 40-60 и более раз. Каждые два-три дня в процессе деления их количество увеличивается в не­сколько раз. Клетки рассевают снова и снова, на них воздействуют вирусом - продуцентом интерферона, а затем собирают необходимый урожай готового сырья.

Для этого пользуются несколькими клеточными культурами, но препарат либо получается слишком до­рогим, либо содержит примесь опухолеродных виру­сов, от которых еще не научились избавляться.

Самым интересным достижением последних лет стал метод генной инженерии, основанный на возмож­ности получения в искусственных условиях точных ко­пий гена, регулирующего синтез интерферона в лейко­цитах.

Вкратце этот процесс выглядит следующим образом: сначала в суспензии донорских лейкоцитов «запуска­ют» процесс синтеза интерферона. Когда в клетках накопится большое количество информационных РНК, являющихся, как мы уже знаем, зеркальным отпе­чатком интерферонового гена и одновременно матри­цей, на которой в лейкоците будут «строиться» моле­кулы интерферона, их экстрагируют, извлекают из лей­коцитов. Затем с помощью очень сложных биохимических процессов проводят синтез ДНК, являющихся зеркальной копией этих РНК, а следовательно, точном копией интерферонового гена.

Теперь, когда ген получен, нужно заставить его работать. Внимание ученых остановилось на микробной клетке - обычной кишечной палочке. Вся трудность заключалась в том, чтобы «внедрить» этот ничтожно малый ген в тело микроба да еще заставить его там функционировать. Совместными усилиями ленинградские вирусологи в институте имени Пастера и латвийские исследователи из института органического синтеза Академии наук Латвии и института микробиологии имени А. Кирхенштейна в Риге справились и с этой задачей.

С помощью особых ферментов теперь удается «разрезать» ДНК в хромосомах клетки почти в любом желаемом участке, а затем с помощью других ферментов вклеить туда полученный в лаборатории искусственный фрагмент ДНК, в данном случае интерфероновый ген. Так были получены кишечные палочки, в наследственное вещество которых удалось вставить ген, ведающий синтезом человеческого интерферона. Такие микробы могут жить и размножаться в искусственных условиях, продуцируя человеческий интерферон, который столь необходим нашей медицине.

Около 10 лет назад советские вирусологи решили найти средство заставить организм обеспечивать себя интерфероном. Первые поиски привели в мир полезных вирусов. Ведь среди вирусов-сапрофитов есть и такие которые мирно сосуществуют с человеком, постоянно находятся внутри его организма, в его органах и тканях, не вызывая никаких болезней.

Московские ученые, руководимые членом-корреспондентом АМН СССР М. Ворошиловой, вспомнили о таи называемых эитеровирусах, которые живут в кишечнике ребенка с самого рождения, а потом исчезают. Ученые подумали, что энтеровирусы должны играть какую-то определенную защитную роль в первые годы жизни, пока ребенок еще не успел подготовиться к встрече с различными вирусами и его иммунитет слаб. А что, если энтеровирусы стимулируют в организме новорожденных образование интерферона? - подумали исследователи Для проверки этого предположения они создали вакцину из безвредных энтеровирусов-сапрофитов.

Когда вакцину вводили в рот, энтеровирусы расселялись в кишечнике человека и размножались там в течение нескольких недель. Все это время они заставляли организм вырабатывать интерферон. Теперь уже было не страшно, что интерферон быстро разрушается. В кровь поступали все новые и новые его порции. А пока он вырабатывался в организме, человек оставался защищенным от самых разнообразных вирусных болезней.

Во время нескольких эпидемий гриппа энтеровирусную вакцину успешно применяли во многих городах страны. Ученые подсчитали, что несколько тысяч людей, получивших вакцину - стимулятор интерферона, гриппом не заболели. Те же, кто все-таки заразился, болели легко и быстро поправлялись.

Чтобы стимулировать выработку интерферона в организме людей, успешно используют и другие живые вирусные вакцины: против гриппа или кори, полиомиелита или свинки. Эти вакцины безвредны для организма человека, и в то же время размножение входящих в их состав вирусов сопровождается образованием весьма высоких концентраций интерферона. После введения такой вакцины человек становится на несколько дней и даже недель невосприимчивым к гриппу и другим респираторным заболеваниям.

Работы, проведенные в Ленинграде во время эпидемий гриппа, показали, что стимуляторы (их еще называют индукторы) интерферона почти в три раза уменьшают число заболеваний детей гриппом и другими простудными болезнями.

Кроме того, ученые создали несколько синтетических препаратов, которые сейчас изучаются в экспериментальных условиях. Получены также полисахаридные препараты из некоторых микробов и грибков, в том числе из обычных дрожжей, с помощью которых мы выпекаем хлеб.

Эти препараты тоже способны стимулировать образование защитного белка - интерферона. Под действием таких индукторов организм животных, надежно защищаясь от заражения различными вирусами, продуцирует в тысячи раз больше интерферона, чем удается вводить извне в виде готового препарата.

Ученые добились пока, чтобы выработка интерферона в организме продолжалась в течение нескольких дней. К сожалению, потом необходима новая стиму­ляция.

Изучение различных свойств индукторов интерферо­на показало, что эти препараты не оказывают вредного воздействия на организм и их можно вводить длительное время, не опасаясь нежелательных реакций. Защи­та создается, как правило, в первые же часы. Она об­ладает весьма широким спектром активности, направ­ленной на подавляющую массу известных сейчас ви­русов.

Этот метод использования индукторов интерферона может стать особенно перспективным при возникнове­нии эпидемий и пандемий, вызываемых новыми вари­антами вируса гриппа, плохо поддающимися воздей­ствию вакцинации. Имеющиеся пока еще ограниченные наблюдения показывают, что, как и вакцинация, про­филактика интерфероном сокращает заболеваемость в два-три раза. Кроме того, использование интерферо­на и стимуляторов его образования надежнее всего может защитить человека при встрече с любым новым вирусом.

Процесс размножения вирусов условно разделяют на 5 стадий (Стейниер, Эдельберг, Ингрэм, 1979):

проникновение в клетку хозяина;

синтез ферментов;

синтез составных частей вируса;

сборка составных частей вируса с образованием зрелых вирионов;

выход зрелых вирионов из клетки хозяина.

Установлено, что процессы проникновения вируса в клетку различны у вирусов бактерий, растений и животных. Так, если вирусы животных адсорбируются непосредственно на мембране клетки-хозяина, то вирусы бактерий и растений должны пройти через клеточную стенку. При этом вирусы растений не обладают специальным аппаратом для преодоления клеточной стенки, поэтому они могут попасть внутрь растения только через различные ранки. На листьях и корнях растений достаточно часто имеются мельчайшие механические поранения через которые и проникают вирусы табачной мозаики, Х-вирус картофеля и др. Однако большинство вирусов попадает в растения с помощью переносчиков, в роли которых чаще выступают насекомые с сосущим ротовым аппаратом (тли, цикадки), а также клещи, фитонематоды, грибы. Процесс проникновения завершается удалением белкового капсида (раздевание вириона) и появлением внутри клетки свободной нуклеиновой кислоты вируса, что приводит к синтезу вирус-специфических белков и репликации самой вирусной нуклеиновой кислоты.

4. Передача вирусов растений

Растительные вирусы могут передаваться от одного растения к другому только с клеточным соком. Источники инфекции и способы ее передачи могут быть различны: механическая передача соком от больного растения к здоровому; передача через почву или через семена и пыльцу; передача переносчиками: насекомыми, клещами, нематодами, грибами (Гиббс, Харрисон, 1978).

Передача путем механического контакта встречается крайне редко, например, при касании листьев здоровых растений, с листьями растений, инфицированными вирусами происходит повреждение краев листьев и листовых волосков. При этом выделяемый зараженными растениями сок проникает в ранки здоровых растений и таким образом заражает их. Иногда заражение вирусов происходит при соприкосновении под землей здоровых корней растений с зараженными. У древесных пород корни соседних растений иногда срастаются. Передача вирусов через почву заключается в перемещении свободных вирусных частиц током почвенного раствора. Такие вирусы попадают в почву после разложения питательных остатков. В условиях гидропонной культуры растения могут выделять свободные вирусы из корней в субстрат, которые с током питательного раствора заражают здоровые растения (Минкевич, 1984). Считается, что вирусы не столь часто передаются через семена и пыльцу, тем не менее насчитывается не менее тридцати вирусов, которые инфицируют растения таким образом. При этом, как считают А.Гиббс и Б.Харрисон (1978), возможность такой передачи зависит от множества факторов: температуры, генотипа хозяина, времени заражения. Наиболее успешно инфицируются растения при умеренных температурах, нежели при очень высоких или очень низких. Эффективность передачи вируса зависит от соотношения между моментом заражения и временем цветения, а также от расположения цветков на растении. Большинство вирусов, передающихся через пыльцу, не способно заражать растения, если опыление цветков уже произошло.

Вирусы могут передаваться также с вегетативными частями и органами растений: с клубнями, корнями, черенками и отводками. Однако наиболее часто вирусы передаются с помощью переносчиков, в роли которых выступают насекомые, клещи, нематоды, грибы. Вирус сохраняется в организме переносчика в инфекционной форме определенное время. Состояние, при котором переносчик сохраняет инфекционность после того как покинет зараженное растение, называется персистентностью. Различают три основные типа персистентности: неперсистентность, полуперсистентность и персистентность. Неперсистентность означает, что переносчик сохраняет инфекционность в течение нескольких часов (до четырех);

Полуперсистентность наблюдается в том случае, когда переносчик сохраняет инфекционность в течение 10-100 часов:

Персистентность – когда переносчик сохраняет инфекционность более 100 часов, а иногда в течение всей жизни. Среди насекомых основная роль в качестве переносчиков вирусов принадлежит тлям. Дело в том, что их ротовой аппарат очень хорошо приспособлен для инокуляции растений. Тли имеют очень тонкие стилеты, которыми прокалывают ткани растений, без грубых их повреждений, что способствует успешности заражения. Кроме тлей вторую по значимости группу переносчиков вирусов составляют цикадки, светоноски и горбатки. Переносимые этими насекомыми вирусы, чаще всего вызывают пожелтение или скручивание листьев у растений. Установлено, что эти переносчики питаются в основном флоэмой растений, поэтому вирусы концентрируются в основном во флоэме.

Переносчиками ряда вирусов, особенно в регионах с жарким климатом, могут быть белокрылки. Также как и цикадки они питаются в основном на флоэме, поэтому их личинки являются оседлыми. Чаще всего белокрылки являются переносчиками вирусов, вызывающих мозаики и деформации.

Среди жуков в роли переносчиков вирусов чаще выступают листоеды, реже долгоносики. Вирусы, передающиеся этими насекомыми, вызывают мозаику и крапчатость. Жуки приобретают вирус в течение 5 мин., причем здоровые растения могут заражаться вирусом либо сразу после поглощения их переносчиками, либо на следующий день. В жуках вирусы могут оставаться в течение нескольких дней или недель

В передаче вирусов участвуют насекомые и некоторых других групп, однако по каждой такой группе пока отмечено лишь небольшое число переносчиков. Переносчиками вирусов могут быть и клещи, хотя спектр растений-хозяев у них довольно ограничен. Передаваемые клещами вирусы вызывают реверсию смородины, мозаику персика, мозаику инжира, розеточные болезни роз. Клещи имеют тонкие стилеты, прокалывающие клетки растений. От растения к растению клещи чаще распространяются ветром.

Вспомните!

Чем вирусы отличаются от всех остальных живых существ?

Почему существование вирусов не противоречит основным положениям клеточной теории?

Состоят из органических веществ, что и клетки (белки, нуклеиновые кислоты)

Размножаются с помощью клеток

Какие вы знаете вирусные заболевания?

Грипп, ВИЧ, бешенство, краснуха, оспа, герпес, гепатит, корь, папиллома, полиомиелит.

Вопросы для повторения и задания

1. Как устроены вирусы?

Вирусы имеют очень простое строение. Каждый вирус состоит из нуклеиновой кислоты (или ДНК, или РНК) и белка. Нуклеиновая кислота является генетическим материалом вируса. Она окружена защитной белковой оболочкой - капсидом. Внутри капсида могут также находиться собственные вирусные ферменты. Некоторые вирусы, например вирус гриппа и ВИЧ, имеют дополнительную оболочку, которая образуется из клеточной мембраны клетки-хозяина. Капсид вируса, состоящий из многих белковых молекул, обладает высокой степенью симметрии, имея, как правило, спиральную или многогранную форму. Эта особенность строения позволяет отдельным белкам вируса объединяться в полную вирусную частицу путём самосборки.

2. Каков принцип взаимодействия вируса и клетки?

3. Опишите процесс проникновения вируса в клетку.

«Голые» вирусы проникают в клетку путём эндоцитоза - погружения участка клеточной мембраны в месте их адсорбции. Иначе этот процесс известен как виропексис [вирус + греч. pexis, прикрепление]. «Одетые» вирусы проникают в клетку путём слияния суперкапсида с клеточной мембраной при участии специфических F-белков (белков слияния). Кислые значения рН способствуют слиянию вирусной оболочки и клеточной мембраны. При проникновении «голых» вирусов в клетку образуются вакуоли (эндосомы). После проникновения «одетых» вирусов в цитоплазму происходит частичная депротеинизация вирионов и модификация их нуклеопротеида (раздевание). Модифицированные частицы теряют инфекционные свойства, в ряде случаев изменяются чувствительность к РНКазе, нейтрализующему действию антител (AT) и другие признаки, специфичные для отдельных групп вирусов.

4. В чём проявляется действие вирусов на клетку?

Подумайте! Вспомните!

1. Объясните, почему вирус может проявить свойства живого организма, только внедрившись в живую клетку.

Вирус-неклеточная форма жизни, у него нет никаких органоидов, выполняющих в клетках определенные функции, нет обмена веществ, вирусы не питаются, не размножаются самостоятельно, не синтезируют никаких веществ. У них есть только наследственность в форме какой-то одной нуклеиновой кислоты-ДНК или РНК, а также капсид из белков. Поэтому только в клетке хозяина, когда вирус встраивает свою ДНК (если это ретро-вирус, то сначала происходит обратная транскрипция и строится по РНК-ДНК) в ДНК клетки, могут образовываться новые вирусы. При репликации и дальнейшем синтезе клеткой нуклеиновых кислот и белков заодно воспроизводится и вся информация вируса, занесенная им, и собираются новые вирусные частицы.

2. Почему вирусные заболевания имеют характер эпидемий? Охарактеризуйте меры борьбы с вирусными инфекциями.

Распространяются быстро, воздушно-капельным путем.

3. Выскажите своё мнение о времени появления на Земле вирусов в историческом прошлом, учитывая, что вирусы могут размножаться только в живых клетках.

4. Объясните, почему в середине XX в. вирусы стали одним из главных объектов экспериментальных генетических исследований.

Вирусы быстро размножаются, ими легко заразиться, вызывают эпидемии и пандемии, могут служить мутагенами для человека, животных и растений.

5. Какие сложности возникают при попытках создать вакцину против ВИЧ-инфекции?

Так как ВИЧ уничтожает иммунную систему человека, а вакцина изготавливается из ослабленных или убитых микроорганизмов, продуктов их жизнедеятельности, или из их антигенов, полученных генно-инженерным или химическим путём. Иммунная ситема не выдержит этого действия.

6. Объясните, почему перенос вирусами генетического материала от одного организма к другому называют горизонтальным переносом. Как тогда, по вашему мнению, называют передачу генов от родителей детям?

Горизонтальный перенос генов (ГПГ) - процесс, в котором организм передаёт генетический материал другому организму, не являющемуся его потомком. Вертикальный перенос генов – это перенос генетической информации от клетки или организма к их потомству при помощь обычных генетических механизмов.

7. В разные годы как минимум семь Нобелевских премий по физиологии и медицине и три Нобелевских премии по химии были вручены за исследования, непосредственно связанные с изучением вирусов. Используя дополнительную литературу и ресурсы Интернета, подготовьте сообщение или презентацию о современных достижениях в области исследования вирусов.

Борьба человечества с эпидемией СПИДа продолжается. И хотя рано подводить итоги, определенные, без сомнения, оптимистические тенденции, все-такипрослеживаются. Так, биологам из Америки, удалось вырастить иммунные клетки, в которых вирус иммунодефицита человека размножаться не может. Этого удалось добиться с помощью новейшей методики, позволяющей влиять на работу наследственного аппарата клетки. Профессор Колорадского университета Рамеш Аккина и его коллеги спроектировали особые молекулы, которые блокируют работу одного из ключевых генов вируса иммунодефицита. Затем ученые изготовили искусственный ген, способный осуществлять синтез таких молекул, и с помощью вируса-носителяввели его в ядра стволовых клеток, которые в последствии и дают начало иммунным клеткам уже защищенным от ВИЧ-инфекции. Однако насколько эта методика окажется эффективной в борьбе со СПИДом, покажут только клинические испытания.

Еще 20 лет назад заболевание считалось неизлечимым. В 90-тые годы применялись только препараты короткоживущего интерферона-альфа. Эффективность такого лечения была очень низка. На протяжении последнего десятилетия «золотым стандартом» в терапии хронического гепатита С являлась комбинированная противовирусная терапия пегилированным интерфероном-альфа и рибавирином, эффективность которой в отношении элиминации вируса, то есть излечения гепатита С, достигает в целом 60-70%. При этом, среди больных, инфицированных 2 и 3 генотипами вируса, она составляет около 90%. В то же время, частота излечения у больных, инфицированных генотипом вируса С, до последнего времени составляла всего 40-50%.

1. Особенности жизнедеятельности (размеры)

2. Схема строения вируса

3. Схема проникновения в клетку, размножения

4. Стихи и загадки о вирусах

4.Загадки и стихи

У меня печальный вид, –

Голова с утра болит,

Я чихаю, я охрип.

Что такое?

Это – ... грипп

Подлый вирус этот грипп

Глова сейчас болит

Поднялась температура

И нужнате перь микстура

Заболела детка корью?

Это вовсе и не горе

Врач поможет, поспешит

Нашу детку излечит

На прививку я иду

Гордо к доктору приду

Шприц давайте и укол

Все готово? Я пошел

Ваша будущая профессия

1. Докажите, что базовые знания о процессах, происходящих на молекулярном и клеточном уровнях организации живого, необходимы не только биологам, но и специалистам в других областях естественных наук.

Биофизики, биохимики, не смогут обойтись без таких знаний. Физический и химический процессы протекают по одинаковым законам.

2. Какие профессии в современном обществе требуют знания строения и особенностей жизнедеятельности прокариотических организмов? Подготовьте небольшое (не более 7-10 предложений) сообщение о той профессии, которая вас наиболее впечатлила. Объясните свой выбор.

Системный биотехнолог. Специалист по замещению устаревших решений в разных отраслях новыми продуктами отрасли биотехнологий. Например, он будет помогать транспортным компаниям перейти на биотопливо вместо дизельного, а строительным – на новые биоматериалы вместо цемента и бетона. Использовать биотехнологии для очистки жидких сред.

3. «Эти специалисты нужны в ветеринарных и медицинских научных институтах, академических институтах, на предприятиях, связанных с биотехнологиями. Они не останутся без работы в лабораториях поликлиник и больниц, на агрономических селекционных станциях, в ветеринарных лабораториях и больницах. Порой именно они могут поставить наиболее достоверный и точный диагноз. Их исследования незаменимы для ранней диагностики онкологических заболеваний». Предположите, о людях какой специальности идёт речь в этих предложениях. Докажите свою точку зрения.

Наверное генетики. Занимаясь генетическим материалом могут работать в любых отраслях связанных с живыми организмами, будь то селекция или любая отрасль медицинских знаний.

Размножение вирусов всегда происходит внутри клеток живого организма, поэтому их невозможно культивировать на искусственных питательных средах или во внешних условиях. Проникнув в организм человека, животного, растения или бактерии, эти мелкие создания проходят несколько этапов преобразования, в результате которых формируются дочерние вирионы.

Вирус гриппа

Классификация вирусов базируется на:

• разновидности их нуклеиновой кислоты;
• внутреннем строении;
• характере симметрии;
• локализации репродукции в клетке;
• антигенных качествах;
• наличии капсида и др.

Из перечисленных характеристик наибольшее значение имеет тип НК. По количеству нитей выделяют вирусы РНК- и ДНК-содержащие. Они имеют различия в химическом составе. Микроорганизмы, содержащие двуцепочную кольцевую ДНК, содержат тимин и дезоксирибозу, а вирусы с одноцепочной РНК - урацил и рибозу.

Из чего состоит вирус

В микробиологии различают две разновидности вирусов:

1. Простые. В их состав входит нуклеиновая кислота, являющаяся переносчиком генетической информации, и специфический белок, позволяющий распознавать данные микроорганизмы в ходе лабораторной диагностики.
2. Сложные. Кроме перечисленных компонентов, они содержат липиды, углеводы и ферменты, участвующие в размножении возбудителей.

У большинства нуклеиновая кислота располагается в центральной части. Она окружена протеиновой оболочкой (капсидом), состоящей из капсомеров.

Сложные вирионы дополнительно заключены во внешнюю оболочку, состоящую из белков, гликопротеинов и липидов.

Цикл жизни

Вирус является единственным живым организмом, не способным выживать самостоятельно. Поэтому его жизненный цикл начинается с момента проникновения в клетки хозяина, где он активно использует питательные вещества для создания потомства и инфицирования других клеток.

В тело хозяина микроорганизм попадает:

• через механические повреждения кожных покровов и слизистых оболочек (раны, порезы, трещины, ссадины);
• с вдыхаемым воздухом;
• при укусах кровососущих насекомых.

Достигнув чувствительных структур, возбудитель прикрепляется к клеточной мембране, связывается с ее белками, через образовавшееся отверстие проникает внутрь и начинает воспроизводство потомства. В ходе этого процесса отдельно продуцируются нуклеиновые кислоты и белки, которые затем собираются в новые вирионы.

Использовав все ресурсы клетки хозяина, огромное количество вирусов разрушает ее мембрану, выходит наружу и внедряется в новые «жертвы». Далее жизненный цикл повторяется.

Условия для размножения

Для размножения вирусу обязательно нужна живая клетка. Репликация одних микроорганизмов протекает в цитоплазме, других - в ядре, третьих - в обеих структурах одновременно.

Но существуют представители, для размножения которых нужно присутствие вирионов другой видовой принадлежности.

Типы размножения вирусов

Для большинства вирусов характерен дизъюнктивный тип размножения, при котором их НК и белки сначала синтезируются отдельно, а потом комплектуются в вирионы.

Цикл размножения вирусов может заканчиваться лизисом клетки (литический путь) или встраиванием нуклеиновой кислоты в хромосому хозяина (интегративный путь), с последующей репликацией и функционированием в качестве составного участка ее генома.

Как происходит размножение вирусов: этапы

Продуктивный способ размножения вирусов. Заканчивается он формированием новых вирусных частиц и разрушением (лизисом) пораженной клетки. Этот способ проходит в несколько этапов. Именно так большинство патогенных микроорганизмов взаимодействует с клеткой. Но выделяют еще два способа размножения вирусов, когда не происходит нарушение целостности клеточной оболочки:

• абортивный тип: процесс репликации прекращается на одной из фаз и не заканчивается появлением новых вирионов;
• интегративный тип: интеграция молекулы ДНК вируса в хромосому хозяина с последующей совместной репликацией.

Схема продуктивного размножения вирусов начинается с их распада на НК и белок. Далее нуклеиновая кислота лишается защитной оболочки (капсида) и начинает воспроизводить себе подобные структуры, согласно заложенной в ней информации. При этом в инфицированной клетке запускается синтез ферментов, необходимых для репликации НК и белков.

После прохождения последовательности стадий размножения ДНК-содержащих вирусов их геном увеличивается вдвое и больше, соединяется с белками и образует дочерние вирионы.

Установлено, что полный цикл последовательности стадий размножения ДНК-содержащих микроорганизмов включает в себя 6 фаз.

Адсорбция

Начальная стадия репродукции характеризуется прикреплением вириона к наружной стенке живой клетки. Процесс протекает в 2 стадии:

• неспецифическая фаза, при которой притяжение микроорганизма и клеточной мембраны происходит за счет ионных связей;
• высокоспецифическая фаза, во время которой специфические (прикрепительные) вирусные белки распознают определенные клеточные рецепторы и взаимодействуют с ними.

Особенные клеточные рецепторы обусловливают тропизм возбудителей. Тропизм – это нацеленность вирусов определенного вида на жизнь и размножение в клетках определенного типа. Так, вирус гепатита имеет тропизм к клеткам печени (гепатотропный), ВИЧ – иммунотропный, герпес – нейротропный и т.д.

Проникновение в живую клетку

Существует несколько механизмов проникновения вирусных частиц в клетки:

1. Виропексис. После прикрепления вириона к клеточной мембране, она начинает впячиваться внутрь, постепенно формируя новое включение (эндосому), содержащее вирион. Дальнейшее слияние белково-жировой оболочки микроорганизма с мембраной эндосомы приводит к выходу его нуклеокапсида в цитоплазму. Оставшиеся компоненты разрушаются под воздействием лизосом хозяина.
2. Объединение оболочки микроорганизма с клеточной. Данный способ характерен только для микробов, имеющих белки слияния, которые точечно взаимодействуют с жировыми частицами мембраны. В результате данной интеграции внутренний компонент вируса попадает в клеточную гиалоплазму.
3. Сочетание двух описанных механизмов.

Механизм проникновения вирусов зависит от их видовой принадлежности. Она же определяет тропизм к бактериальным клеткам, структурным единицам растений, грибов, человека или животных.

Репликация нуклеиновой кислоты

Синтез молекулы нуклеиновой кислоты обеспечивает накопление в клетке многочисленных вирусных копий, используемых далее в формировании вирионов. Тип данного механизма зависит от разновидности НК, присутствия клеточных полимераз и способности микроорганизмов способствовать их образованию.

Синтез белков

В инфицированной структурной единице организма геном вируса кодирует образование двух разновидностей белковых молекул:

• неструктурные белки, обеспечивающие процесс репродукции;
• структурные белки, входящие в состав вириона.

Образование белков происходит по типу транскрипции: генетическая информация, заложенная в матрице, синтезирует множество вирусных РНК. Далее эта информация транслируется на рибосомы, где происходит ее считывание и формирование белков.

Передача наследственной информации в ДНК-содержащих вирусах осуществляется через транскрипцию иРНК (информационной РНК) и трансляцию вирусных протеинов. С этой целью они используют фермент, называемый клеточной полимеразой.

У некоторых вирусов построение белков происходит также под действием синтезированных бактериальных ферментов или собственных полимераз, ускоряющих формирование новых структурных единиц РНК.

Для формирования вирионов их составные части транспортируются в определенные отделы ядра или цитоплазмы хозяина, где происходит их соединение посредством соответствия «ключ-замок», а также с помощью водородных, гидрофобных и других видов связей.

Для вирусных микроорганизмов характерна многоступенчатость синтеза протеинов с образованием промежуточных форм.

• При комплектации просто устроенных микробов образование нуклеокапсидов происходит при соединении НК и капсидных протеинов.
• У сложно устроенных вирусов получившиеся нуклеокапсиды продолжают взаимодействовать с клеточной мембраной, формируя собственный липопротеиновый суперкапсид.

Выход из клетки хозяина

Существует два пути выхода вирионов из зараженной клетки.

1. Взрывной. Результатом является разрушение погибающей клетки хозяина.
2. Экзоцитоз, присущий микроорганизмам, заключенным в липопротеиновую оболочку. На первом этапе сформированный нуклеокапсид подводится к клеточной мембране, которая начинает выпячиваться и отделяться в виде почки, представляющей собой полноценный вирион. Сама клетка не теряет своей жизнеспособности и способна далее продуцировать вирионы.

Возможные варианты

Имеющиеся отклонения от общей схемы репликации заставляют ученых выяснять, какие особенности размножения фагов и вирусов еще существуют.

Открыты вирусы, у которых синтезируются белки, захватывающие только отдельные участки нуклеиновых кислот. Если при этом формируются вирионы, содержащие недостаточное количество генной информации, то они становятся неинфекционными.

Что такое латентный период

В силу невыясненных причин некоторые вирусы после проникновения в живые структуры встраиваются в их хромосомы и передаются при размножении дочерним элементам на протяжении определенного времени. Подобное поведение микроорганизмов называется латентностью.

При возникновении провоцирующего фактора возбудители активируются, начинают активно размножаться и вызывают заболевание.

Как иммунитет не позволяет вирусам размножаться

После проникновения вирусов в организме запускаются факторы иммунной системы, блокирующие их размножение:

• Макрофаги. Стимулируют синтез иммуноглобулинов, выталкивающих чужеродных агентов из цитоплазмы и органелл клеточных структур.
• Интерфероны. Неспецифические врожденные элементы иммунитета. Они начинают действовать с первого момента проникновения вирусов в организм, блокируя клеточную протеинкиназу, которая катализирует репликацию. Также интерфероны провоцируют активность эндонуклеазы, разрушающей вирусную РНК. Таким образом, данные факторы иммунной системы не контактируют непосредственно с инфекционным агентом, поэтому не позволяют выработать против себя способ защиты.
• NK-киллеры, убивающие собственные инфицированные клеточные структуры путем фагоцитоза. Они провоцируют выделение белка перфорина, находящегося в цитоплазматических включениях, и встраивание его в пораженную клеточную мембрану. В результате этого образуются поры, через которые проникают ферменты, запускающие процесс самоликвидации пораженного элемента.
• Комплемент и Т-лимфоциты, относящиеся к факторам специфического иммунитета и губительно воздействующие непосредственно на вирионы.

Несмотря на обилие факторов защиты, иммунная система не всегда способна противостоять размножению микробов. Например, возбудители хронического гепатита C, B или герпеса длительное время находятся в организме, не проявляя себя клиническими симптомами, но постепенно разрушая его и вызывая рецидивы болезней.

Помощь при выполнении школьных тестов по биологии

«Когда вирусы не размножаются?»

У вирусов отсутствует процесс размножения, если они находятся за пределами живой клетки.

«Назовите признаки размножения вирусов в выращиваемых культурах»

О размножении вирусов в выращиваемой культуре клеток свидетельствуют морфологические изменения в клетках, возникающие в результате цитопатического действия микроорганизмов. Под микроскопом можно обнаружить разрушенные клетки, отслоившиеся от стенок пробирок, а также отдельные участки клеток, оставшиеся от монослоя.

«Какой способ размножения присущ вирусам?»

Способ размножения вирусов – бесполый. Он сопровождается растворением оболочки, распадом на нуклеиновые кислоты и протеины, с их последующей репликацией и соединением в новые вирионы. Размножение вирусов происходит только в том случае, если вирус попадает в живую клетку.

«Способен ли вирус к самостоятельному размножению?»

«Каковы особенности размножения вирусов-бактериофагов?»

Размножение бактериофагов происходит по принципу литического цикла, включающего следующие фазы:

• адсорбция частиц бактериофагов на поверхности бактерий;
• проникновение активного компонента в клетку;
• перестройка метаболизма бактерии и провоцирование ее на репликацию ДНК бактериофага;
• гибель клетки из-за нарушения целостности оболочки и выход фагов во внешнюю среду.

«Охарактеризуйте механизм размножения вирусов»

Вирусам присущ дизъюнктивный механизм размножения, при котором после внедрения в живую клетку происходит их распад на белки и нуклеиновые кислоты, с последующей репликацией, формированием и выходом в межклеточное пространство новых вирионов.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

Вся эти данные - основополагающие для проживания в теле человека многих тысяч вирусов, бактерий и микроорганизмов.

Защита от компьютерных вирусов. Антивирусные программы: назначение и классификация.

Классифиация компьютерных вирусов по деструктивные возможностям

Классификация компьютерных вирусов по особенностям алгоритма работы

Лекция № 5. Общая вирусология. Классификация, структура и особенности биологии вирусов. Бактериофаги.

3. Жизненный цикл вируса

4. Строение вирусных частичек

а). Молекула ДНК или РНК;

б). оболочка, окружающая нуклеиновую кислоту.

Виды вирусов.

В зависимости от структуры и химического состава оболочки вирусы делятся на две группы:

Особенность вирусов.

Вирусы не имеют собственного обмена веществ, у них отсутствуют клеточные орга­ноиды и структуры, вне организма или клетки они не проявляют признаков жизни, в их составе нет воды. Некоторые вирусы (например, гриппа) содержат ферменты.

7. Механизм проникновения вируса в клетку-хозяина

На поверхности клетки-хозяина имеются особые рецепторные участки, которые «уз­нают» соответствующие белки оболочки вируса. Этим обеспечивается высокая спе­цифичность вирусов: часто вирусы поражают только определенный тип клеток опреде­ленного вида организмов. Если вирус прикрепляется к другим участкам поверхности клетки, заражение может и не произойти.

Пути проникновения вируса в клетку-хозяина

I	II	Ill
Вирусные обо­лочки сливают­ся с клеточной мембраной (у вируса гриппа).	Вирусная час­тичка проника­ет в клетку пу­тем пиноцитоза, т.е. процесса поглощения клеткой жидкости, вместе с растворенными в ней веществами.	Проникновение вируса в бактериальную клетку (на примере бактериофага Т 4). Вирус состоит из головы, здесь сосредоточена ДНК, отростка, внутри которого проходит канал и нескольких хво­стовых нитей, с их помощью вирус соединяется с рецепторными участками клетки-хозяина. Сна­чала вирус прикрепляется к поверхности бактерии и растворяет в этом месте ее оболочку. Затем ДНК бактериофага впрыскивается в клетку бакте­рии, а его оболочка остается вне клетки-хозяина. (стр. 191. рис 31.3)

Размножение вирусов

Проникнув в клетку-хозяина, молекулы нуклеиновой кислоты удваиваются, образуя новые вирусные частицы, которые «одеваются» в оболочку из синтезированного клет­кой вирусного белка, при этом вирусная нуклеиновая кислота блокирует синтез клеточных бел­ков, а в белоксинтезирующий аппарат передается информация о синтезе вирусных белков. Освобождаются вирусы из клетки-хозяина или разрушая ее, или «отпочковы­ваясь», тогда клетка-хозяин может продолжительное время сохранять свою жизнедея­тельность.

10. Гипотезы происхождения вирусов

1. Вирусы - потомки бактерий , возникшие в результате их регрессивной, т.е. упрощен­ной эволюции.

2. Вирусы - клеточные «заблудившиеся» органеллы (рибосомы или фрагменты хромо­сом).

Подобно хромосомам растений и животных, вирусы могут размножаться только на­ходясь в сложной среде, создаваемой живой клеткой. Многочисленные попытки выра­щивать вирусы в лишенных клеток культурных средах, содержащих всевозможные ви­тамины и аминокислоты, до сих пор остаются безуспешными.

3. Вирусы сохранились с архидревних времен как одна из первобытных форм материи.

Больше всего сторонников второй гипотезы: вирусы произошли от генетических элементов, которые стали автономными.

1 | |