Введение в вирусологию

Введение в вирусологию

Определение понятия «вирус»

Несмотря  на многолетнее развитие учения о  вирусах, до сих пор нет общепринятого  определения вирусов.

Первоначально А.Львов (1957 г.) предложил определять вирусы как «строго внутриклеточные, потенциально патогенные агенты с инфекционной фазой развития,

1. содержащие нуклеиновую кислоту только одного типа
2. репродуцирующиеся в форме генетического материала
3. неспособные к росту и бинарному делению и
4. лишенные «системы Липмана» (т.е. одной из ферментных систем, участвующих в производстве энергии ).

В другом определении (С.Лурия, Дж. Дарнелл, 1967) вирусы рассматриваются как «объекты, геномы которых состоят из нуклеиновой кислоты и репродуцируются в живых клетках; используя их синтетический аппарат, они вызывают синтез специализированных структур, способных переносить геном вируса в другие клетки».

В первом определении сделан акцент на внутриклеточной природе вирусов, их исключительной зависимости от метаболизма клетки-хозяина и на том, что на определенной стадии репродуктивного цикла специфический материал вируса представлен генетическим материалом - нуклеиновой кислотой. Во втором определении подчеркнуто два существенных качества вируса: 1) наличие у вируса собственного генетического материала, использующего биохимический аппарат клетки-хозяина, 2) существование у вирусов внеклеточной инфекционной фазы, представленной вирионами, которые репродуцируются- под генетическим контролем данного вируса и служат для введения генома вируса в другие клетки.

Таким образом, в отличие даже от самых  мелких микроорганизмов, таких как риккетсии, хламидии и микоплазмы, вирусы не имеют клеточной организации, хромосомных генов, рибосомальной системы и митохондриального аппарата (или его эквивалента для производства энергии).

 

 

 

 

 

Таблица 1. Отличительные свойства одноклеточных микроорганизмов и вирусов

 

	Микоплазмы	Риккетсии	Хламидии	Вирусы
Диаметр <300 нм	±	-	+	+
Рост на искусственных средах	+	-	-	-
Бинарное деление	+	+	+	-
Содержание ДНК и РНК	+	+	+	-
Инфекционность нуклеиновой  кислоты	-	-	-	±
Рибосомы	+	+	+	-
Метаболизм	+	+	±	-
Чувствительность к антибиотикам	+	+	+	-

 

 

История открытия

 

Пастер был первым, кто  начал (1881 г.) сис¬тематически использовать лабораторных жи-вотных в работах  по изучению вируса бешен¬ства. Его  исследования положили начало вве-дению  вирусных агентов в восприимчивый  орга¬низм, а также в наиболее чувствительные к за¬болеванию органы или ткани.

В 1884 г. ученик Пастера Шамберлан  изоб¬рел керамические фильтры, позволившие  осво¬бождать от бактерий проходящие через них жидкости.

В результате наблюдений Д. И. Ивановский и В. В. Половцев впервые  высказали предположение, что болезнь  табака, описанная в 1886 году Mayer в  Голландии под название мозаичной, представляет собой не одно, а два  совершенно различных заболевания  одного и того же растения: одно из них - рябуха, возбудителем которого является грибок, а другое - неизвестного происхождения. Исследование мозаичной болезни  табака Д.И. Ивановский продолжает в  Никитинском ботаническом саду (под  Ялтой) и ботанической лаборатории  Академии наук и приходит к выводу, что мозаичная болезнь табака вызывается бактериями, проходящими  через фильтры Шамберлана, которые, однако, не способны расти на искусственных  субстратах. Возбудитель мозаичной  болезни называется Ивановским то “фильтрующимися” бактериями, то просто микроорганизмами.

 Подчеркивая, что возбудитель  мозаичной болезни табака не  мог быть обнаружен в тканях  больных растений с помощью  микроскопа и не культивировался  на искусственных питательных  средах. Д. И. Ивановский писал,  что его предположение о живой  и организованной природе возбудителя  “формировано в целую теорию  особого рода инфекционных заболеваний”, представителем которых, помимо  табачной мозаики, является ящур (использовав тот же метод фильтрации).

 Д. И. Ивановский  открыл вирусы - особую форму существования  жизни. Своими исследованиями  он заложил основы ряда научных  направлений вирусологии: изучение  природы вируса, цитопаталогических  вирусных инфекций, фильтрующихся  форм микроорганизмов, хронического  и латентного вирусоносительства. Один из выдающихся советских  фитовирусологов В. Л. Рыжков  писал: “Заслуги Д. И. Ивановского  не только в том, что он  открыл совершенно новый вид  заболеваний, но и в том,  что он дал методы их изучения”.

1902 г. от¬крыт вирус  гриппа кур, вызывавший массовое  летальное заболевание у кур,  получившее пер¬воначально название  «классическая чума птиц». Впоследствии  были выделены вирусы гриппа  свиней (1932 г.) и человека (1933 г.). В  1908 г. Эллерман и Банг обнаружили, что лей¬коз кур передается  бесклеточными фильтрата¬ми, а Швейнитц  и Дорсе (1903 г.) установили вирусную  природу классической чумы свиней. В 1911 г. Раус открыл вирус,  вызывающий у кур злокачественные  опухоли. Эти и другие наблю¬дения  послужили основанием считать  вирусы важными факторами онкогенеза.

Туорт (1915 г.) и д'Эрелль (1917 г.) независи¬мо друг от друга открыли  вирусы бактерий (бак¬териофаги).

 В 1935 году У. Стенли  из сока табака, пораженного мозаичной  болезнью, выделил в кристаллическом  виде ВТМ (вирус табачной мозаики). За это в 1946 году ему была  вручена Нобелевская премия.

 В 1958 году Р. Франклин  и К. Холм, исследуя строение  ВТМ, открыли, что ВТМ является  полым цилиндрическим образованием.

 В 1960 году Гордон  и Смит установили, что некоторые  растения заражаются свободной  нуклеиновой кислотой ВТМ, а  не целой частицей вириона.  В этом же году крупный советский  ученый Л. А. Зильбер сформулировал  основные положения вирусогенетической  теории.

 В 1962 году американские  ученые А. Зигель, М. Цейтлин  и О. И. Зегал экспериментально  получили вариант ВТМ, не обладающий  белковой оболочкой, выяснили, что  у дефектных ВТМ частиц белки  располагаются беспорядочно, и нуклеиновая  кислота ведет себя, как полноценный  вирус.

 В 1968 году Р. Шепард  обнаружил ДНК-содержащий вирус.

 Одним из крупнейших  открытий в вирусологии является  открытие американских ученых  Д. Балтимора и Н. Темина, которые  нашли в структуре ретровируса  ген, кодирующий фермент - обратную  транскриптазу. Назначение этого  фермента - катализировать синтез  молекул ДНК на матрице молекулы  РНК. За это открытие они  получили Нобелевскую премию.

 В знак признания  выдающихся заслуг Д. И. Ивановского  перед вирусологической наукой  Институту вирусологии АМН СССР  в 1950 году было присвоено его  имя, а в Академии медицинских  наук учреждена премия имени  Д. И. Ивановского, присуждаемая  один раз в три года.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вирусы в биосфере

По  мере изучения природы вирусов в  первые 50 лет после их открытия Д. И. Ивановским (1892) формировались представления  о вирусах как о мельчайших организмах. Эпитет “фильтрующийся”  со временем был отброшен, так как  стали известны фильтрующиеся формы  или стадии обычных бактерий, а  затем и фильтрующиеся виды бактерий. Наиболее правдоподобной и приемлемой является гипотеза о том, что вирусы произошли из “беглой” нуклеиновой  кислоты, т.е. нуклеиновой кислоты, которая  приобрела способность реплицироваться  независимо от той клетки, из которой  она возникла, хотя при этом предусматривается, что такая ДНК реплицируется  с использованием структур этой или  другой клеток.

  На основании опытов фильтрации  через градуированные линейные  фильтры были определены размеры  вирусов. Размер наиболее мелких  из них оказался равным 20-30 нм, а наиболее крупных - 300-400 нм.

  Таким образом вирусы, должно  быть, произошли от клеточных  организмов, и их не следует  рассматривать, как примитивных  предшественников клеточных организмов.

  Положение о том, что вирусы  представляют собой полноценные  организмы, позволило окончательно  объединить все три названных  группы вирусов - вирусы животных, растений и бактерий - в одну  категорию, занимающую определенное  место среди живых существ,  населяющих нашу планету. Тот  факт, что их не удалось выращивать  на искусственных питательных  средах, вне клеток, не вызывал  особого удивления, так как  вирусы с самого начала были  определены как облигатные внутриклеточные  паразиты. Это свойство признавалось  не уникальным, присущим только  вирусам, поскольку внутриклеточные  паразиты известны и среди  бактерий, и среди простейших. Как  и другие организмы, вирусы  способны к размножению.

Вирусы  обладают наследственностью, воспроизводя себе подобных. Наследственные признаки вирусов можно учитывать по спектры  поражаемых хозяев и симптомам вызываемых заболеваний, а также по специфичности  иммунных реакций естественных хозяев или искусственных иммунизируемых экспериментальных животных. Сумма  этих признаков позволяет четко  определить наследственные свойства любого вируса, и даже больше - его разновидностей, имеющих четкие генетические маркеры, например: нейротропность некоторых  вирусов гриппа, сниженную патогенность у вакцинных вирусов и т.п.

  Изменчивость является другой  стороной наследственности, и в  этом отношении вирусы подобны  всем другим организмам, населяющим  нашу планету. При этом у  вирусов можно наблюдать как  генетическую изменчивость, связанную  с изменением наследственного вещества, так и фенотипическую изменчивость, связанную с проявлением одного и того же генотипа в разных условиях. Примером первого типа изменчивости являются мутанты одного и того же вируса, в частности термочувствительные мутанты. Примером второго типа изменчивости служит разный тип поражений, вызываемых одним и тем же вирусом у различных животных, растений и бактерий.

  Все вирусы по своей природе  - паразиты. Они способны воспроизводить  себя, но только внутри живых  клеток. Обычно вирусы вызывают  явные признаки заболевания. Попав  внутрь клетки, они “включают”  ее ДНК и, используя свою  собственную ДНК или РНК, дают  клетке команду синтезировать  компоненты вируса. Компоненты вируса  способны к спонтанному образованию  вириона. В случае литического  исхода вирусы “разрывают” оболочку  клетки и передаются в другую  клетку в виде инертных частиц.

  Ученные, анализируя строение  вещества, до сих пор не решили: считать вирусы живыми или  мертвым. Вирусы, с одной стороны,  обладают способностью размножатся,  наследственностью и изменчивостью,  но с другой стороны, не имеют  обмена веществ, и их можно  рассматривать, как комплекс молекул.

  Вирусы как и другие организмы,  характеризуются приспособляемостью  к условиям внешней среды. Нужно  только не забывать, что для  них организм хозяина является  средой обитания, поэтому многие  условия внешней среды влияют  на вирус опосредованно - через  организм хозяина. Однако многие  факторы внешней среды могут  и непосредственно воздействовать  на вирусы. Достаточно вспомнить  уже названные термочувствительные  мутанты вирусов, которые, например, размножаются при температуре  32-37 С и гибнут при температуре  38-40 С, хотя их хозяева остаются  вполне жизнеспособными при этих  температурных режимах. В связи  с тем, что вирусы являются  паразитами, они подчиняются закономерностям  и к ним применимы понятия  экологии паразитизма. Каждый  вирус имеет круг естественных  хозяев, иногда очень широкий,  как, например, у мелких РНК-геномных  фагов: в первом случае поражаются  все млекопитающие, во втором - отдельные клоны кишечной палочки.  Циркуляция вирусов может быть  горизонтальной (распространение среди  популяции хозяев) и вертикальной (распространение то родителей  потомству). Таким образом, каждый  вирус занимает определенную  экологическую нишу в биосфере.

 

Борьба с вирусами –  профилактика болезней

Еще в XVIII веке Дженнер приготовил вак¬цину против оспы, а Пастер в XIX веке — про¬тив бешенства. Болезни, которые мы сейчас от¬носим к вирусным, известны с глубокой древ¬ности. Оспа в прошлом была одним из наибо¬лее  распространенных и опасных заболеваний. Эпидемия, описанная в X веке до нашей  эры в Китае, очень напоминала оспу. Особенно сви¬репой эпидемия оспы была в XVI-XVIII веках нашей эры. В отдельные годы в Европе заболе¬вало  до 12 миллионов человек, из которых  бо¬лее 10% погибало. В 1576 году только в  Перу погибло свыше двух миллионов  человек. Во вре¬мя завоевания Мексики  в 1520 году погибло от оспы 3,5 миллиона человек. В 1610 году в Сиби¬ри от оспы вымерла треть местного населения (В.М. Жданов и др., 1975). История борьбы с оспой вступила в новую эру, когда английский врач Эдвард Дженнер (1796 г.) проверил сделан¬ное крестьянами  наблюдение, что переболевание коровьей оспой защищает человека от за-ражения  натуральной оспой. В 1798 году он опубликовал  свой первый научный труд «Изу-чение  причин и действия оспенной вакцины». Однако обстоятельно описанный в  нем метод натолкнулся на ожесточенное сопротивление, прежде чем начать победоносное шествие по всему миру. С помощью  глобальной вакцинопрофилактики к 1979 году во всем мире искоре-нена натуральная  оспа.