Невидимі господарі Землі
У перекладі з латинської «вірус» означає «отрута». З наукової точки зору віруси - це неклітинні інфекційні агенти, для яких є єдине середовище для відтворення - живі клітини. Віруси вражають будь-які організми, починаючи від рослин і тварин і закінчуючи бактеріями (віруси бактерій, як правило, іменуються бактеріофагами) і археями (одноклітинними організмами, які не мають ядра). Вони і один одного можуть вражати (так звані віруси-сателіти).
Капсид від віроїди відрізнить
Вірусні частинки (віріони) в своїй будові мають два або три компоненти: генетичний матеріал, що представляє собою ДНК або РНК (окремі, наприклад, мімівіруса, складаються і зовсім з обох типів молекул), білкову оболонку (капсид), що захищає дані молекули, і , іноді, - додаткові ліпідні оболонки. Білкова оболонка є своєрідним знаком відмінності для вірусів, відокремлюючи їх від віроідов (це такі вірусоподібні інфекційні нуклеїнові кислоти).
Віруси можуть приймати найрізноманітнішу форму. Деякі з них спіралеподібні або мають ікосаедрічеськая будова, інші беруть складніший зовнішній вигляд. За розміром середній вірус має приблизно 1/100 від розміру середньої бактерії. Мало хто віруси можна чітко розрізнити навіть під світловим мікроскопом - більшість з них дуже малі.
Всі віруси - облігатні паразити, тому що не в змозі розмножуватися за межами клітини. Поза її частинки вірусу не виявляють ознак життєдіяльності і по поведінці нагадують біополімери.
У вірусів повністю відсутня основний та енергетичний обмін, а також складний елемент живих систем - апарат трансляції (синтезу білка). Всі ці особливості відрізняють віруси від живих організмів, які є внутрішньоклітинними паразитами.
Імунітет рятує, але не завжди
Яким чином віруси «прикрасили» еволюційне древо життя, вченим не дуже зрозуміло: можливо, окремі з них колись утворилися з плазмід (невеликі молекули ДНК, здатні передаватися від однієї клітини до іншої), а якісь віруси породили бактерії. Проте, слід зазначити, що в еволюції віруси займають особливе місце - це важливий засіб горизонтального переносу генів, яке обумовлює генетичну різноманітність.
Ці неклітинні агенти можуть поширюватися різними способами: якщо мова йде про віруси рослин, то вони часто передаються від рослини до рослини комахами, які живляться рослинними соками. Переносниками можуть бути, наприклад, попелиці. Віруси тварин здатні доставляти на нову «базу» кровоссальні комахи. Поширення відбувається і з повітряно-крапельним шляхом - при кашлі та чханні. Що стосується норовірусів і ротавірусів, зазвичай викликають вірусні гастроентерити, то вони передаються фекально-оральним шляхом, коли організм контактує із зараженою їжею або водою. ВІЛ - один з порівняно небагатьох вірусів, які передаються статевим шляхом і через заражену кров, при її переливанні.
Будь-вірус специфічний по відношенню до свого господаря, ця специфіка визначається типами клітин, які вірус здатний інфікувати. У свою чергу і коло господарів може бути як вузький, так і широкий - в залежності від того, скільки видів організмів вірус вражає.
Тварини на вірусні інфекції відповідають протидією своєї імунної системи, ця реакція в більшості випадків сприяє нейтралізації хвороботворного вірусу. Імунна відповідь можливо підготувати і штучно, за допомогою вакцинації. Вакцина дає активний набутий імунітет проти конкретної вірусної інфекції.
Але деякі віруси, в їх числі і збудники СНІДу, вірусних гепатитів, поки вислизають від імунної відповіді, при цьому вони викликають хронічне захворювання. Антибіотики не здатні впливати на віруси, проте вчені все ж розробили певні противірусні препарати.
Коли було накопичено достатньо відомостей про інфекційні захворювання, які переносяться різними організмами, вчені зрозуміли, що аж ніяк не кожну таку хворобу викликають відомі на той час патогени - бактерії, Найпростіші або мікроскопічні грибки.
Наприклад, Луї Пастер не знайшов агент, який викликає сказ, вчений навіть припустив, що цей патоген настільки малий, що розгледіти його в мікроскоп не представляється можливим. Французьким мікробіологом Шарлем Шамберланом в 1884 році був винайдений фільтр (сьогодні він відомий як фільтр Шамберлана або фільтр Шамберлана-Пастера), який має пори розміром менше бактерій. За допомогою даного фільтра з розчину видаляються практично всі бактерії.
Фільтр в 1892 році використовувався російським біологом Дмитром Ивановским, який тоді вивчав вид, сьогодні відомий як вірус тютюнової мозаїки. Експерименти вченого показали, що хоча і фільтр звільняє розчин від бактерій, відфільтроване з'єднання залишається, як і раніше, інфіковано вірусом. Іванівський використовував в якості речовини для випробувань екстракт перетертих листя заражених рослин тютюну. Після фільтрації розчину приладом Шамберлана екстракт зберіг інфекційні властивості. Вчений висунув гіпотезу про те, що, ймовірно, інфекцію здатний викликати токсин, що виділяється бактеріями, але розвивати це припущення не став.
Пеніцилін «вбив» і фаги
Цю теорію згодом спростував Уенделл Стенлі, який довів: віруси - це дійсно частки. Тоді ж Фрідріх Леффлер і Пауль Фрош виявили перший вірус тварин - йдеться про збудника ящуру (афтовірусе). Це сталося після пропуску його через фільтр, схожий з фільтром Шамберлана.
На початку минулого століття англійським бактериологом Фредеріком Туерто була відкрита група вірусів, які інфікували бактерії (в сучасній науці вони звуться бактеріофагами або просто фагами), а франко-канадським мікробіологом Феліксом Д'Ерель - описані віруси, що утворюють навколо себе при додаванні до бактерій на агарі (живильному середовищі) простір з мертвими бактеріями.
Тоді оголосили, що фаги - це потенційний засіб від хвороб - тифу, холери. Але коли були відкриті унікальні властивості пеніциліну, про бактеріофаги забули. Проте, дослідження фагів дозволили отримати дані про явище «включення» і «виключення» генів (цей процес супроводжує організм людини, і не тільки його одного, протягом усього життя). Крім того, досліди вірусологів дозволили використовувати фаги для того, щоб вводити чужорідні гени в бактеріальний геном.
Це відкриття серйозно просунуло в розвитку світову генну інженерію: вбудований в бактеріальний геном чужорідний ген може використовуватися для отримання в промислових кількостях корисного білка, такого, наприклад, як інсулін людини. Інсулін є в організмі кожного з нас. Але при цукровому діабеті він може просто не вироблятися, що створює загрозу життю і здоров'ю хворого.
Потребують живого господаря
Під завісу XIX століття вчені зібрали достатню кількість відомостей про віруси: стали відомі їхні інфекційні властивості, здатність проходити через фільтри і потреба в живому господаря, щоб розмножуватися.
На початку XX століття вірусологи в дослідницьких цілях культивували віруси тільки в рослинах і тваринах. Тільки в 1949 році західним вченим Джону Франкліну Ендерс, Томасу Уеллер і Фредеріку Роббинсу вдалося виростити поліовірус на культурі клітин. зародка людини. У науці це був перший вірус, який був вирощений без використання тканин тварин або яєць. Результати даного дослідження дозволили американському вірусологу Джонас Солк провести роботу зі створення ефективної поліовакцини (вакцини проти поліомієліту).
Як виглядають невидимки
Вперше зображення вірусу отримали після того, як був винайдений електронний мікроскоп. Цей прилад створили німецькі інженери Ернст Руска і Макс Кнолль. Американським біохіміком і вірусолога Уенделл Мередітом Стенлі в 1935 році після ретельного вивчення вірусу тютюнової мозаїки був зроблений висновок, що вірус цей в основному складається з білка. Незабаром вдалося його розділити на білкову та РНК-складову. Вірус тютюнової мозаїки першим серед вірусів піддався кристалізації, таким чином, вчені багато чого дізналися про його структуру.
Першу рентгенограму кристалізованого вірусу отримали в кінці 30-х років минулого століття Берналем і Фенкухеном. Минуло багато років, перш ніж на підставі отриманих при дослідженнях зображень англійська біофізик і вчений-рентгенолог, що займалася вивченням структури ДНК, Розалінд Франклін в 1955 році визначила повну структуру вірусу. Розалінд не дожила 4 років до вручення їй Нобелівської премії за дослідження нуклеїнових кислот, померши у віці 37 років (через 3 роки після визначення нею структури вірусу) від раку.
Також в 1955 році Хайнцем Френкелем-Конрат і Роблі Вільямс було доведено: очищена рибонуклеїнова кислота вірусу тютюнової мозаїки і білок оболонки можуть самозбирається в функціональний вірус. Даний результат дослідження поставив вірусологів перед питанням: чи не служить подібний механізм основою складання вірусів всередині клітин-господарів?
Від пестівіруса до ВІЛ
У другій половині XX століття вірусологія зайняла міцне місце серед інших наук, почався період її розквіту. На той час вчені відкрили вже понад 2 тисячі видів вірусів тварин, рослин і бактерій. Серед них - кінський артерівірус і збудник вірусної діареї корів (пестівірус). На початку 6о-х років майбутній нобелівський лауреат по фізіології і медицині американський вчений Барух Бламберг відкрив вірус гепатиту В, а в 1965 році штатівських генетиком Говард Темін (Нобелівську премію в тій же «номінації» Тьомін отримав роком раніше Бламберг, в 1975 році) був описаний перший ретровірус. Минуло 18 років після відкриття ретровируса, і групі вчених Інституту Пастера (Франція), очолюваної ЛюкомМонтанье, вдалося вперше виділити ретровірус, який тепер відомий всьому світу як ВІЛ.
Дванадцять років тому в Нью-Йоркському університеті вірусологи створили перший синтетичний вірус (вірус поліомієліту).
Приховані вороги людства
Вірусологія на сьогодні - одна з найважливіших галузей науки, що стала не просто розділом мікробіології, а стратегічно важливою сферою інтересів світового масштабу. Пандемії різних захворювань, викликаних вірусами, поперемінно спалахують по всій земній кулі, часто підривають національну безпеку країн, де вирують епідемії. А часом і ставлять під загрозу існування самої держави, як це сталося з африканською Ліберією, де зараз лютує геморагічна лихоманка Ебола.
Крім того, слід враховувати, що третя світова війна, якщо їй все ж судилося статися, буде війною зброї масового ураження, здатного в максимально короткі терміни знищити населення на якомога більшій території. Бактеріологічна зброя - патогенні мікроорганізми або їх суперечки, віруси, бактеріальні токсини - ідеально підходить для цих цілей.
Нерозв'язних завдань в сучасній вірусології ще безліч, і вчені-вірусологи світу в найближчі десятиліття (а можливо, і століття) навряд чи залишаться без роботи. Потрібно встигнути вивчити віруси і виробити засоби боротьби з ними. Поки вони самі нас не перебороли.