Лед сломан
Зимой 1952 года группа американских вирусологов – В. Роу, Р. Хюбнер, Л. Гилмор, Р. Паротт и Т. Уорд – для приготовления тканевых культур получили из детской больницы в Вашингтоне удаленные хирургическим путем аденоиды и миндалины внешне здоровых детей. Биологическую ткань измельчили ножницами и каждый отдельный кусочек поместили в пробирку с питательной средой. Пробирки поставили в термостат, внутри которого поддерживалась температура 37 °С, что соответствует температуре человеческого тела. За состоянием тканевых кусочков ежедневно наблюдали в микроскоп.
В пробирках началось размножение клеток, с каждым днем их становилось все больше и больше. Культуры ткани (так это называется) росли, им периодически меняли питательную среду.
Прошло уже много дней, как вдруг в некоторых культурах появились признаки цитопатического действия, т. е. началось их разрушение, дегенерация: клетки потемнели, потом отслоились друг от друга, затем стали сморщиваться и распадаться. Процесс нельзя было остановить, и вскоре многие культуры ткани (полученные от внешне здоровых детей!) погибли.
Желая выяснить причину этого, ученые в первую очередь решили проверить на предмет наличия бактерий питательную среду, на которой росли клетки, для чего добавили ее в питательный бульон, в котором, как известно, прекрасно размножаются различные бактерии. Ведь не исключено, что именно из питательной среды бактерии могли попасть в культуры ткани и вызвать гибель клеток. Но нет, бульон на протяжении многих дней оставался стерильным, следовательно, бактерий в культурах не было. Тогда питательную среду пропустили через бактериальные фильтры — специальные фарфоровые или целлюлозные пластинки с порами, по размерам меньшими, чем величина даже самых маленьких бактерий. С помощью таких фильтров можно легко отделить бактерии от вирусов в любом растворе: бактерии задержатся фильтром, а вирусы, пройдя сквозь поры фильтра, оказываются в фильтрате – жидкости, прошедшей через фильтр.
Пропустив через бактериальный фильтр питательную среду с разрушенными тканями, исследователи полученный фильтрат внесли в свежую культуру ткани, клетки которой хорошо размножались. Спустя несколько дней в этой культуре обнаружились признаки клеточной дегенерации. Далее еще раз питательную среду пропустили через бактериальный фильтр и полученный фильтрат добавили к свежей культуре. Подобные пересевы проделали 17 раз подряд, и каждый раз фильтрат погибшей культуры вызывал гибель клеток вновь зараженной ткани.
Напрашивался простой вывод: в аденоидной ткани и в ткани миндалин внешне здоровых детей находился некий быстроразмножающийся мельчайший инфекционный агент, способный проходить через бактериальные фильтры, задерживающие бактерии (значит, не бактерия!), и этот агент постоянно размножается в тканевой культуре. Так были открыты хорошо теперь известные аденовирусы.
Естественно, после этого открытия ученых заинтересовал главный вопрос: почему аденовирусы, присутствовавшие в организме детей, не вызывали развития признаков заболевания? Помните, ведь дети, от которых первоначально были получены ткани аденоидов и миндалин, были практически здоровыми.
Необходимы были новые исследования. Прежде всего следовало выяснить, почему гибель кусочков тканей наступает не сразу, а лишь спустя 10, 20 и более дней после начала их культивирования в пробирках. Для обнаружения инфекционного агента только что выделенные ткани миндалин тщательно измельчают ножницами, разрушают растиранием с песком или попеременным замораживанием и оттаиванием. Увы! Ни в одном случае из подобных клеточных гомогенатов (однородная масса из измельченных тканей различных организмов) вирус выделить не удается. Но зато в таких тканевых суспензиях обнаруживаются антитела[6] к аденовирусам!
Антитела – вот причина неудач прежних опытов! Ученые высказывают мнение, что именно антитела маскируют вирус. В процессе культивирования кусочков тканей при смене питательной среды антитела вымываются, вирус освобождается от их воздействия и становится доступным для обнаружения (по его разрушающему действию на клетки).
В работу включаются все новые исследователи. Теперь опыты ведут не на культурах ткани (кусочках), а на культурах клеток. Давайте познакомимся с методом клеточных культур, и вы сами убедитесь в его преимуществе перед методом культур тканей.
Кусочки разнообразных тканей, как и в предыдущем методе, предварительно измельчают ножницами или острой бритвой, помещают в стеклянную колбу, заливают теплым раствором трипсина и начинают помешивать.
Трипсин уже много лет широко применяют для приготовления из кусочков различных тканей клеточных взвесей. Этот фермент обладает замечательным свойством переваривать межклеточное вещество, благодаря чему маленькие кусочки ткани быстро распадаются на отдельные клетки. Полученную взвесь клеток осаждают в центрифуге на дно пробирки, после чего трипсин сливают, а осадок клеток вновь разливают по пробиркам или так называемым матрасам – стеклянным флаконам с плоскопараллельными стенками, напоминающим по форме кирпичики. В таком виде клетки разводят, но на этот раз специальной питательной средой. Осев на стенки пробирки или матраса и прикрепившись к стеклу, клетки начинают делиться.
Постепенно клеток становится так много, что они образуют пласт на поверхности стекла, или, как принято говорить, однослойную культуру клеток – сплошной «ковер» толщиной в одну клетку. Легко представить, что если такой слой снять с поверхности стекла (при этом клетки отслоятся от стекла и друг от друга), развести свежей питательной средой в несколько раз и засеять ими вновь соответственно 2, 3 или 4 новых матраса, то спустя 3–5 дней после этого можно будет вновь получить новый урожай клеток.
Так размножают клетки во всех лабораториях мира, чтобы потом, например, заражать их вирусами и наблюдать характер и особенности действия вирусов на слой в целом и на отдельные клетки. Под действием вирусов в определенных клеточных культурах развиваются процессы гибели клеток (цитопатическое действие вируса), клеточный слой при этом часто расчленяется на отдельные клетки или на группы клеток, которые темнеют, сморщиваются, а затем постепенно разрушаются. Интересно, что многие вирусы в определенных клеточных культурах обладают способностью вызывать только присущую им характерную картину постепенной гибели (цитопатического действия) клеточной культуры.
Метод клеточных культур внес неоценимый вклад в изучение процесса взаимодействия вирусов с клетками. В отличие от культивирования тканей, при заражении клеточного слоя можно точно дозировать количество вируса на одну клетку; кроме того, практически весь слой клеток доступен микроскопическому исследованию и подсчету. Метод клеточных культур, таким образом, позволил проводить строго контролируемые количественные исследования с вирусами, которые оказались особенно необходимыми для поиска противовирусных лекарственных средств, для изучения макромолекулярных синтезов в зараженной клетке, при расшифровке тонких механизмов вирусной репродукции.
Итак, получив культуру клеток человека, американский вирусолог Р. Гинсберг заразил их аденовирусом и добавил в питательную среду противоаденовирусные антитела. И что же?
Клетки прекрасно размножались в присутствии этих антител, и вскоре их накопилось так много, что можно было пересевать в новые матрасы. При этом в питательную среду снова добавили антитела. Далее клетки в присутствии противоаденовирусных антител успешно пересевали 26 раз, но однажды при очередном пересеве в питательную среду уже не добавили антитела…
Через несколько дней в клеточной культуре появились признаки дегенерации клеток, и вскоре культура погибла, а в питательной среде были обнаружены большие количества аденовируса. Вот вам и ответ на главный вопрос! В зараженных клетках много дней и ночей размножался аденовирус, но в присутствии антител он не мог проявлять своего губительного действия на культуру. После того как из питательной среды убрали антитела, вирус начал усиленно размножаться, быстро разрушая клетки.
Следовательно, и в организме человека размножение аденовируса никак себя не проявляет благодаря присутствию противоаденовирусных антител, которые, не уничтожая вирус полностью, сдерживают его размножение в рамках «мирного сосуществования» с хозяином (организмом).
Такое объяснение было простым и понятным, оно логически вытекало из описанных выше наглядных опытов с клеточными культурами, и, кроме того, этот вывод подкреплялся широко известными фактами частого обнаружения в сыворотке крови многих внешне здоровых людей значительных количеств противоаденовирусных антител.
Открытие аденовирусов оказалось тем важным событием, которое в силу своей простоты, а потому и наглядности убедительно доказывало возможность существования в организме человека скрытой вирусной инфекции, а также проливало свет (вспомните опыт с клеточными культурами!) на причины поддержания вирусоносительства, т. е. на «маскирующую» роль антител. Именно это открытие аденовирусов и послужило мощным стимулом активного поиска и изучения скрытых вирусных инфекций в природе. И прежде всего – в организме человека и животных. К чему же привели эти поиски?
