Вирусы

Вирусы

Большинство микробов, в том числе возбу­дители чумы, холеры и других страшных бо­лезней, прекрасно размножается в искусствен­ной питательной среде. Они годами сохраняют свои смертоносные свойства. Но до сих пор подобным образом ни одному микробиологу не уда­лось размножить в питательных средах возбуди­теля гриппа, оспы, бешенства или возбудителя мозаичного заболевания табака.

Наряду с многочисленными болезнетвор­ными бактериями и плесневыми грибами суще­ствуют и другие возбудители заразных болезней человека, животных, растений и даже самих микробов. Они называются фильтрую­щимися вирусами или просто виру­сами. Одна из отличительных особенностей вирусов заключалась в том, что их никак не удавалось размножить вне живой ткани. Поэ­тому для приготовления различных вакцин приходится культивировать возбудителя оспы на коже живых телят, возбудителя бешенства — в мозгу кроликов, а вирус гриппа — в тка­нях куриного зародыша.

Многие вирусы человека, животных и рас­тений оказалось возможным размножить на отделенных от организма кусочках тканей, которые годами с особой тщательностью выра­щиваются в специальных прозрачных камерах. Это поистине великое искусство — выращивать и пересеивать растущие ткани в стерильных условиях, т. е. так, чтобы ни один микроб туда не проник.

За последнее время эта техника достигла необычайных успехов. Стало возможным, на­пример, выращивать отдельные клетки высших растений, а потом из одной-единственной такой клеточки снова вырастить целое растение. Ис­следователи вирусов немедленно использовали это достижение для того, чтобы выяснить характер взаимоотношений клеток хозяина и вирусов, определить, где, в какой части клет­ки, при каких условиях происходит возник­новение вирусных частиц.

Вирусы обладают многообразными свойства­ми. Некоторые из вирусов очень заразны. Один из основоположников русской микробиологии — Н. Ф. Гамалея рассказывал о таком случае из своей практики: «В одной больнице лет 50 назад на втором этаже находились больные оспой, а под ними, на первом этаже,— хирур­гические. Было лето. Для проветривания палат окна открывались настежь. Возбудители оспы со струей воздуха проникли в нижнюю палату, и хирургические больные заболели оспой». Каждому из нас на горьком опыте известно, как легко заразиться гриппом. Больной грип­пом чихнул, и вот вместе со слюной изо рта, как из пульверизатора, разлетаются возбуди­тели болезни. Вы вдохнули воздух, в котором парят на пылинках возбудители гриппа. Через 2—3 дня начинается насморк, ломота в суставах, кашель, озноб, поднимается температура; зна­чит, вы заболели вирусным гриппом.

Бородавки — тоже вирусное заболевание, но заражение ими происходит совсем редко и при исключительных обстоятельствах.

Очень быстро распространяется вирус моза­ичной болезни табака или томатов. В теплице или на поле среди мощных ярко-зеленых кустов томатов можно увидеть чахлые кусты. Листья на них уродливые, окраска точно мозаика: темно-зеленые пятна перемежаются со светло-зелеными, желтыми и даже белыми. На стеблях мертвенные черные полоски. Там, где по­лоски достигли молодых побегов, веточки бессильно сникли. Плоды испещрены черно-бурыми пятнами и черточками. И достаточно овощеводу при обработке кустов дотронуться до больного растения, а затем до здорового, как вместе с мельчайшими каплями сока в здо­ровый куст проникают вирусы мозаики томатов.

На южных плантациях томатов иногда встречается другое вирусное заболевание —столбур. Переносит столбур с больных растений на здоровые обычно цикадка — гиалестус обсолетус — величиной с маковое семечко. При этом заболевании вместо ярко-жел­тых цветочных бутонов на томатах появляют­ся какие-то бледно-зеленые и даже фиолетовые уродцы.

На веточках — измельченные листоч­ки, а плоды на стол бурном кусте — уродливые, одеревенелые, несъедобные. Но вот что удиви­тельно: если взять у больного куста сок, содер­жащий вирус, и впрыснуть его в ткань здо­рового растения, оно не заболеет.

Большинство вирусных заболеваний, и в том числе вирусных болезней растений, достаточно хорошо изучено. Однако в ряде случаев на­блюдались странные явления: некоторые растения поража­лись вирусами и тогда, ког­да все известные пути для доступа вирусных частиц бы­ли наглухо закрыты. Ученые выяснили, что «беспричинное» заражение вирусами вызвали присутствовавшие в тканях растения гифы и споры не­которых паразитических гри­бов. Эти грибы наносили двойной вред: они, как это свойственно грибам-парази­там, внедрялись в ткань рас­тения и, кроме того, пере­носили вирусные частицы с больного растения на здо­ровое .

Вред от различных вирусных заболеваний неодинаков. Черная оспа, бешенство, полио­миелит — очень опасные заболевания; корь, скарлатина — тяжелые, а ветряная оспа, кра­снуха — сравнительно легкие.

При охлаждении, простуде, заболевании гриппом или ангиной на лице около губ и у крыльев носа зачастую появляются неболь­шие язвочки. Это проявление вирусного забо­левания — герпеса. Перейдя к детям от родителей, вирус герпеса в скрытом виде остается в орга­низме человека всю жизнь.

Почему же вирусы называются фильтрующи­мися?

Первооткрывателем мира вирусов был рус­ский ботаник Д. И. Ивановский. В 1891 — 1892 гг. он настойчиво искал возбудителя мозаич­ной болезни табака. Ученый исследовал жидкость, полученную при растирании больных листьев табака. Процеживал ее сквозь фильтры, которые не должны были пропустить ни одной бактерии. Терпеливо накачивал Ивановский литры сока, взятого из листьев табака, боль­ного мозаикой, в полые бактериальные фильтры из мелкопористого фарфора, напоминающие длинные свечи. Стенки фильтра пропотевали прозрачными капельками, стекавшими в зара­нее простерилизованный сосуд. Легким втира­нием ученый наносил на поверхность табачного листа капельку такого профильтрованного сока. Через 7—10 дней у здоровых до этого растений появились несомненные признаки моза­ичной болезни. Капелька профильтрованного сока от зараженного растения поражала мозаич­ной болезнью любой другой куст табака. За­ражение могло переходить от растения к расте­нию без конца, как пламя огня с одной соломен­ной крыши на другую.

В дальнейшем удалось установить, что и многие другие вирусные возбудители заразных болезней человека, животных и растений спо­собны проходить через бактериальные фильтры. Следовательно, они были меньше самых мель­чайших существ — бактерий, которые удалось разглядеть через самые усовершенствованные световые микроскопы. Частицы различных виру­сов смогли увидеть только через окошечко всевидящего прибора — электронного микро­скопа, дающего увеличение в сотни тысяч раз (см. ст. «В недрах клетки»).

Оказалось, что ширина самой маленькой бактерии в 50 раз больше ширины палочко­видной частицы вируса мозаики табака. Диа­метр шарообразного вируса ящура не превы­шает 0,01 микрона, а сам-то микрон — это ведь 0,001 мм! Диаметр частицы вируса гриппа при­близительно в 10 раз больше диаметра частицы вируса ящура.

Теперь известно более 300 вирусных за­болеваний человека и животных и столько же вирусных заболеваний растений. Все они чрезвычайно распространены на земном шаре.

Статистика показывает, что с 1929 по 1934 г. на нашей планете такими вирусными болез­нями, как грипп, корь, полиомиелит и оспа, болело свыше 25 млн. человек. За это же время бактериальными болезнями — брюшным тифом, дизентерией, дифтерией, коклюшем — болело всего около 4 млн. По данным мировой стати­стики за 1961 г., гриппом, корью и инфекцион­ным гепатитом в странах Европы переболело в пять раз больше людей, чем дифтерией, коклюшем, тифами, дизентерией и други­ми бактериальными заболеваниями, вместе взятыми.

Есть вирусы, которые поражают бактерий,— это так называемые бактериофаги. Некоторые из них имеют форму головки с хвостиком. Частички бактериофага внедряются в бакте­риальную клетку, разрушают ее, а сами при этом быстро размножаются.

Бактериофаги могут применяться для защи­ты от заразных заболеваний. Дизентерийному больному, например, дают пить жидкость, в которой есть противодизентерийные бактерио­фаги, уничтожающие дизентерийные палочки в кишечнике. Иногда особые бактериофаги раз­рушают полезные молочнокислые бактерии и тем самым причиняют немало хлопот на заводах, производящих молочнокислые продукты.

Трудную работу ведут ученые, изучающие мир бактерий и других микроорганизмов. Но неизмеримо сложнее труд исследователя виру­сов. Чтобы проследить, например, за деятельно­стью бактерий в клубеньках бобовых растений, микробиологи приготовляют окрашенные срезы — пластинки из ткани этих клубеньков толщиной в 2—5 микрон. Бактерии бывают хорошо видны на таком срезе. Но даже эти срезы тка­ней оказывались слишком толстыми для наблю­дения за вирусами, поэтому долгое время в элек­тронный микроскоп наблюдали лишь вытяжки из тканей, содержащих вирусы. За последние 10 лет в научных лабораториях появились приборы-автоматы, которые из тканей живот­ных и растений нарезают пластинки толщиной в 0,05 микрона и тоньше. Теперь при совре­менной микроскопической технике можно, на­пример, приготовить 100 срезов из одной кле­точки бактерии. Рассматривая сверхтонкие сре­зы в электронный микроскоп, ученые узнают, как вирусы распространяются в организме, как они себя там ведут.

Фильтрующиеся вирусы — одна из наибо­лее сложных и запутанных загадок природы. В 1935 г. американскому ученому Стенли удалось получить вирус мозаики табака в виде чистых, как стеклышко, кристаллов. Достаточ­но ввести в ткань табака или томата ничтож­ную долю этих кристаллов, даже в виде сильно разбавленного раствора, чтобы произошло зара­жение. Впоследствии стали получать в кристал­лическом виде и другие вирусы растений. Это от­крытие повлекло за собой новые исследования.

Что же такое вирусы? Одни ученые пола­гают, что фильтрующиеся вирусы — это живые существа, только еще более мелкие, чем бакте­рии. Другие считают, что вирусы — просто своеобразные вещества невиданной активности и необычайных свойств. Проникнув в организм, они способны вызвать образование себе подоб­ных. Наконец, третьи ученые утверждают, что

вирусы, вызывающие заболевания человека или животных, — живые существа, а вирусы растений — неживые вещества.

Вирусологи в содружестве с биологами, медиками, физиками, химиками упорно стре­мятся познать природу вирусов. Вот, например, как исследовалось вирусное заболевание кле­вера, уродующее листья. Единственный пере­носчик этого заболевания в полевых условиях — насекомое, очень мелкая и юркая цикадка агаллиопсис новелла. Один ученый вскормил цикадку на больном клевере, а потом в течение 5 лет выращивал от этой зараженной цикадки новые поколения на растениях, не поражаемых вирусом. Таким образом он вырастил 21 поко­ление. Все подопытные цикадки находились в специальных изоляторах, под специальным надзором. И все же они заболели. Следователь­но, все они имели единственный источник виру­са — первую цикадку, зараженную в начале опыта.

Было подсчитано, что если бы вирус от первой цикадки попал в цикадки двадцать пер­вого поколения, то его разведение (т. е. кон­центрация вируса в последнем поколении) выра­жалось бы числом, равным единице с двад­цатью шестью нулями, что в действительности немыслимо. Такая концентрация даже для виру­са слишком мала. Однако опыт показал, что в цикадках двадцать первого поколения вирус­ных частиц имелось больше, чем в первой цикадке. В чем же дело? Оказалось, что вирус, вызывающий уродство листьев клевера и зара­зивший первую цикадку, способен репродуци­ровать (увеличиваться в количестве) не только в организме растения, но и в организме насеко­мого-переносчика. Следовательно, насекомое не только переносчик вируса, но и его второй хозяин.

Таким образом, было опровергнуто утвер­ждение многих специалистов, что между вирусами животных и растений существуют корен­ные различия. Поэтому не лишено основания предположение, что вирус, уродующий листья клевера, вирус желтухи астр и некоторые другие вирусы не что иное, как вирусы насеко­мых, приспособившиеся к развитию и в расти­тельной клетке, ставшие потом вирусами расте­ний. Может быть, эти вирусы насекомых, став вирусами растений, настолько упростились, что стали кристаллами?

В 1957 г. на международной встрече ученых, посвященной вопросу о возникновении жизни на Земле, известный исследователь вирусов Стенли сообщил, что в его лаборатории получены кристаллы вируса полиомиелита, т. е. вируса детского спинномозгового парали­ча.

Ученый продемонстрировал на экране кри­сталлы этого вируса. Значит, вирусы живот­ных и человека, подобно вирусам растений, также могут быть истинными кристаллами. После опытов, осуществленных в лаборатории Стенли в 1957 г., многие вирусы животных полу­чены в кристаллическом виде. Кристаллы, ко­нечно, очень мелкие, обнаружены они непосред­ственно в клетках пораженных тканей и даже в мозгу.

По химическому составу все известные нам вирусы сходны: они являются нуклеопротеидами. Нуклеопротеиды содержат белок и фосфорорганические соединения — нуклеиновые кислоты. Конечно, разные вирусы отличаются Друг от друга составом белка и составом нукле­иновой кислоты. Очень долго считалось, что ви­русы человека и животных содержат только ядер­ную, или тимонуклеиновую, кислоту, а вирусы растений исключительно протоплазматическую, или рибонуклеиновую, кислоту. Однако жизнь внесла поправки в эту схему. В настоящее время установлено, что вирусы полиомиелита, гриппа и вирусных болезней насекомых могут содер­жать рибонуклеиновую кислоту. Снова нас удивили бактериофаги. Одни из них представ­ляют собой тимонуклеиновую кислоту, а дру­гие рибонуклеиновую. Кроме того, частицы бактериофагов слагаются в кристаллы. В лабо­раториях, искуснейшим образом препарируя вирусные частицы, извлекают из белковой оболочки ниточки нуклеиновой кислоты. Опыты показали, что освобожденная от белков нуклеи­новая кислота, подобно вирусу, может вызы­вать заражение.

Недавно за рубежом появилось сообщение, ко­торое буквально потрясло ученых. Судите сами. В пробирочку была взята чистая нуклеиновая кислота вируса мозаики табака. Туда добавили осколки от белков одной бактерии. И вот из этих осколков — аминокислот чужеродного белка и нуклеиновой кислоты вируса мозаики табака— пока еще непонятным образом возник вирусный белок. Значит, в простой пробирке получился нуклеопротеид вируса мозаики табака во всей своей сложности и... во всей своей гениальной простоте.

Совсем недавно советским и зарубежным ученым удалось репродуцировать вирусы в про­бирках в очень сложных, но бесклеточных сме­сях, куда в качестве затравки было внесено чуть-чуть вирусных частиц. И вот через два-три часа в них оказывалось тысячи и сотни тысяч им подобных.

Современная наука близка к расшифровке тайн образования мельчайших вирусных частиц. Познание природы вирусов поможет нам не только победить болезнетворных вирусов, но и понять тайны происхождения жизни.