Мельчайшие возбудители инфекционных заболеваний человека, животных, растений и бактерий, являющиеся внутриклеточными паразитами, не способными к жизнедеятельности вне живых клеток. Вирусные инф. болезни широко распространены. Еще Демокрит (460 — ок. 370 г. до н. э.) и Аристотель (384— 322 г. до н. э.) описали клинич. картину бешенства. С древних времен известны оспа, полиомиелит, грипп. Однако только в 1892 г. рус. ученый Д. И. Ивановский обнаружил болезнетворное начало, проникавшее сквозь фильтры, задерживающие остальные виды микроорганизмов.
Долгое время дискутировался вопрос, являются ли В. живыми организмами или представляют собой только комбинацию гигантских молекул. В настоящее время выяснено, что В. являются наиболее примитивными существами, но обладают всеми основными свойствами живых организмов. Они размножаются, т. е. воспроизводят потомство, сходное с исходными родительскими В., хотя способ их размножения весьма своеобразен и во многом отличается от того, что нам известно о размножении других живых существ. Обмен веществ у В. тесно связан с обменом веществ зараженных клеток. Они обладают наследственностью, свойственной всем живым организмам, к-рая обусловлена теми же биол. и хим. структурами, что и у других живых организмов, т. е. нуклеиновыми кислотами. Наконец, В., как и все другие живые существа, обладают изменчивостью и приспособляемостью к меняющимся условиям окружающей среды. В. могут существовать в двух формах: внеклеточной (покоящейся) и внутриклеточной (размножающейся). Существующие вне клеток вирионы (вирусные частицы) не обнаруживают никаких признаков жизни. Попав в организм, вирионы проникают в чувствительные к ним клетки и переходят из покоящейся в размножающуюся форму. Начинается сложное и многообразное взаимодействие В. и клетки, заканчивающееся образованием и выходом в окружающую среду дочерних вирионов.
Строение и химический состав вирионов. Долгое время о существовании В. судили по их болезнетворному действию. Непосредственно наблюдать В. можно только с помощью электронного микроскопа, дающего увеличение в десятки и сотни тысяч раз (максимальное увеличение обычного оптич. микроскопа — 1500 раз). Впервые увидеть В. удалось лишь через 50 лет после того, как они были открыты.
Самые крупные — В. оспы достигают величины 400—700 нм (нм — миллионная доля мм) и приближаются по размерам к небольшим бактериям, самые мелкие (возбудители энцефалита, полиомиелита, ящура) измеряются всего десятками нм, т.е. близки к крупным белковым молекулам (напр., молекуле гемоглобина крови), т. о., среди В. есть свои великаны и карлики. По внешнему виду тельца В. (вирионы) напоминают кубики, палочки, шарики и нити. В., поражающие бактерии (см. Бактериофаг), похожи на головастиков и состоят из головки и хвоста.
Самые простые вирусы состоят из белков и нуклеиновой к-ты. Наиболее важная часть вирусной частицы — нуклеиновая к-та, носитель генетической информации. Клетки человека, животных, растений и бактерий всегда содержат два типа нуклеиновых к-т — дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и рибонуклеиновую (РНК) (см. Нуклеиновые кислоты), В.— лишь один тип — или ДНК, или РНК. Так, В. оспы, аденовирусы и большинство бактериофагов содержат ДНК, а В. гриппа, полиомиелита, энцефаломиелитов — РНК, края у В. (в отличие от Р|1К клеток животных) содержит генетическую информацию. Имеются также В., содержащие однонитчатую ДНК (некрые бактериофаги) и двунитчатую РНК (реовирусы), к-рые не встречаются среди клеточных нуклеиновых к-т. Второй обязательный компонент вирусной частицы — белки, сложность строения к-рых у разных В. различна. Более сложные по структуре В., кроме белков и нуклеиновых к-т, содержат углеводы, липиды. Для каждой группы В. характерен свой набор белков, жиров, углеводов и нуклеиновых к-т. Многие В. содержат также ферменты.
Каждый компонент вирусной частицы имеет определенные, весьма сложные функции: нуклеиновая к-та определяет наследственные и инф. свойства и играет ведущую роль в изменчивости В., а ферменты участвуют в их размножении. Обычно нуклеиновая к-та находится в центре частицы и защищена от неблагоприятных воздействий белковой оболочкой, как бы одета в нее. Оболочка (капсид) состоит из определенным образом уложенных однотипных белковых молекул (капсомеров), к-рые образуют симметричные геометрические формы. В случае кубической симметрии нить нуклеиновой к-ты свернута в клубок, а белковые капсомеры плотно уложены вокруг нее. Такие вирусные частицы напоминают малину и по форме приближаются к шарику. Так устроены В. полиомиелита, ящура, адено-, рео-, риновирусы и др. При спиральной симметрии нить нуклеиновой к-ты В. закручена в виде спирали, каждый виток к-рой покрыт капсомерами, тесно прилегающими друг к другу (нуклеокапсид). Вирусные частицы в этом случае напоминают початок кукурузы и по форме приближаются к палочке. Типичный пример — вирус табачной мозаики.
У сложно устроенных В. сердцевина в виде туго свернутой спирали покрыта одной или несколькими внешними оболочками, в состав к-рых входят различные вещества. Такое строение имеют, напр., орто- и парамиксовирусы. Сложнее устроен В. оспы. В его центре находится «внутреннее тельце», напоминающее ядро клеток вые- ших организмов. Оно состоит из белка и ДНК и окружено белковым слоем, по бокам от к-рого имеются два образования также белковой природы., Снаружи вирусная частица покрыта оболочкой. Довольно сложно устроены и частицы В. гриппа. Нуклеокапсид в виде трубок уложен внутри частиц и одет в оболочку. Особенно подробно изучено строение В. бактерий — бактериофагов, к-рые состоят из головки и хвоста. Различные типы фагов отличаются друг от друга размерами, а также формой головки, к-рая может быть палочковидной, круглой, овальной, в виде пяти- или шестиугольника. Хвост фага одет белковым чехольчиком, от к-рого отходят длинные тонкие волокна, играющие роль присосок при прикреплении частицы фага к бактерии.
Размножение вирусов. Взаимодействие вириона с живой клеткой осуществляется в несколько этапов. В начальный (подготовительный) период вирион прикрепляется к клетке, проникает внутрь ее, после чего белковая оболочка вириона разрушается, освобождая нуклеиновую к-ту. Наступает скрытый (латентный) период вирусной инфекции, во время к-рого присутствие в зараженной клетке вирусных частиц нельзя обнаружить никакими методами — родительский вирион как бы исчезает. В этот период проникшая в клетку вирусная нуклеиновая к-та организует синтез вирусных компонентов потомства, используя для этой цели ферментативную систему хозяина. Цикл размножения заканчивается формированием дочерних вирионов и выходом их из клетки (конечный период).
Атаки на клетку начинаются с прикрепления В» к клеточной стенке, или так наз. адсорбции вируса. Она отличается большой специфичностью: каждый В. способен прикрепляться лишь к определенным клеткам, имеющим на своей поверхности спец. рецепторы. На одной клетке могут адсорбироваться десятки и даже сотни вирусных частиц. Затем начинается внедрение вирионов, осуществляемое самой клеткой (виропексис). Она как бы «втягивает» прикрепленные к ее оболочке вирусные частицы внутрь. Здесь мы встречаемся с тем случаем, когда созданное многовековой эволюцией целесообразное приспособление приводит к совершенно нежелательным результатам. Действительно, активный захват клеткой из окружающей среды различных частиц (фагоцитоз) или капелек воды (пиноцитоз) имеет большое значение для ее нормальной жизнедеятельности, а использование этих же механизмов для захвата В. скорее напоминает самоубийство. Если бы дело ограничилось только простым «проглатыванием» вирусной частицы, это не приводило бы к трагическому для клетки финалу. Но механизм фагоцитоза предусматривает также последующее растворение фагоцитированной частицы (в нашем случае В.). Для этой цели клетка использует имеющийся у нее набор спец. ферментов, разрушающих вирусные белки. Освобожденные нуклеиновые к-ты В. по клеточным каналам очень быстро проникают в ядро клетки или остаются в цитоплазме.
Более просто устроенные бактерии не способны сами захватывать частицы из окружающей среды. Поэтому у бактериофагов имеются спец. приспособления для преодоления плотной бактериальной стенки. В концевой части хвоста содержится особый фермент, к-рый растворяет бактериальную оболочку. Затем микроскопические «мышцы» хвоста сокращаются и нуклеиновая к-та фага «впрыскивается» внутрь клетки, происходит как бы инъекция с помощью шприца. В результате белковый чехол фага остается на поверхности клетки, а внутрь клетки попадает лишь нуклеиновая к-та».
Нуклеиновые к-ты В. осуществляют программу по созданию в клетке нового вирусного потомства. Это было доказано оригинальными опытами. Удалось разделить В. на составляющие их компоненты — белки и нуклеиновые к-ты. Оказалось, что заражение клеток и размножение В. происходило только после добавления к клеткам вирусной нуклеиновой к-ты. Иными словами, нуклеиновые к-ты В. сами по себе могут вызывать размножение В., т. е. обладают инфекционными свойствами. В другом опыте два В. были разделены на составляющие компоненты, а затем «переодеты»: нуклеиновую к-ту одного В. «одели» в оболочку другого. Полученными гибридами были заражены чувствительные клетки. Было обнаружено, что оба «переодетых» В. способны размножаться, а образующееся потомство всегда подобно тому В., нуклеиновую к-ту к-рого содержал гибрид.
Проникшая в клетку вирусная нуклеиновая к-та управляет всеми процессами размножения В. Сначала она заставляет клетку синтезировать так называемые ранние белки, подавляющие собственный обмен веществ клетки и обеспечивающие синтез нуклеиновых к-т дочерних частиц. Образование их происходит в результате самокопирования родительской нуклеиновой к-ты. Генетическая информация, заложенная в нуклеиновой к-те В., определяет состав белков, из к-рых строятся дочерние частицы так наз. поздних белков. В ДНК-содержащих В. реализация этой информации осуществляется обычным для клетки путем: на ДНК синтезируется информационная РНК (транскрипция), управляющая последующим биосинтезом белков (трансляция). В нуклеиновой к-те многих РНК-содержащих В. объединены и генетическая, и информационная функции: РНК участвует и в репликации, и в трансляции (в воспроизводстве нуклеиновых кислот и белка В.).
У многих В. построение белковых оболочек и внутреннего содержимого идет раздельно. Клетка «нарабатывает» отдельные детали, к-рые потом соединяются, образуя вирусные частицы. Когда в зараженной клетке накопится достаточное количество «заготовок» для будущих вирусных частиц, наступает как бы сборка деталей (композиция).. Процесс этот происходит обычно вблизи клеточной оболочки, к-рая принимает в нем участие. В составе вирусной частицы часто обнаруживаются вещества, характерные для клетки, в к-рой размножается В. Напр., у В. гриппа заключительный этап формирования вирусной частицы — своеобразное обволакивание ее слоем клеточной мембраны. Т. о., клетка не только «кормит» и «поит» В., но на прощание еще и «одевает» их.
Последний этап взаимодействия В. и клетки, как правило, непродолжителен. Образовавшиеся полноценные вирусные частицы быстро выходят во внешнюю среду. Весьма своеобразно происходит выход потомства у бактериофагов. Он сопровождается обычно растворением (лизисом) бактериальных клеток под действием особого фермента, к-рый накапливается в клетке параллельно размножению фага и приво- дит ее к разрушению и гибели. Под микроскопом хорошо видно, как это происходит. Иногда бактерии как бы взрываются, в других случаях в бактерии (в середине или на одном из концов) образуется отверстие, через к-рое вытекает ее содержимое. Из одной погибшей бактерии может освободиться до нескольких сотен новых частиц фага. Процесс размножения фагов продолжается до тех пор, пока не будут уничтожены все чувствительные к этому фагу бактерии. Для В. оспы, полиомиелита, энцефалитов также характерен быстрый выход в окружающую среду сотен, а порой тысяч дочерних вирионов. Другие В. человека и животных (В. герпеса, свинки, реовирусы) выходят из клеток по мере созревания. Эти В. до момента гибели клеток успевают проделать несколько циклов размножения, постепенно истощая синтетические ресурсы клеток и вызывая их разрушение.
В отдельных случаях В. могут накапливаться внутри клеток, образуя кристалл оподобные скопления (В. бешенства, аденовирусы и др.), к-рые называют тельцами включений. При гриппе, бешенстве, пситтакозе, оспе такие тельца обнаруживают в цитоплазме клеток, при весеннелетнем энцефалите, желтой лихорадке, герпесе и полиомиелите — в ядре; при некрых инфекциях тельца включений находили как в ядре, так и в цитоплазме. Исследования последних лет показали, что в подавляющем большинстве случаев эти включения представляют собой колонии В., причем их образование закономерно на определенной стадии размножения возбудителей инфекции. Вы- сокая специфичность внутриклеточных включений при вирусных заболеваниях позволяет использовать этот признак для диагностики. Напр., обнаруженные в нервных клетках головного мозга цитоплазматические включения (так наз. тельца Негри) являются основным доказательством заболевания бешенством, аспецифич. образования круглой или овальной формы (так наз. тельца Гварниери), обнаруженные в эпителиальных клетках, указывают на заболевание оспой. Включения описаны также при энцефалите, детском спинномозговом параличе, ящуре и других заболеваниях. Очень своеобразные включения, имеющие кристаллическую форму, образуют вирусы растений.
Т. о., размножение В. происходит особым, ни с чем не сравнимым способом. Сначала вирусные частицы проникают внутрь клеток и освобождаются вирусные нуклеиновые к-ты. Затем заготавливаются детали будущих вирусных частиц. Размножение заканчивается сборкой новых вирусных частиц и выходом их в окружающую среду. Выпадение любого из указанных этапов приводит к нарушению нормального цикла и влечет за собой либо полное подавление размножения В., либо появление неполноценного потомства.
Взаимодействие вирусов с клетками. Формы вирусной инфекции сложны и многообразны. В одних случаях быстро развивается болезнь клеток, к-рая закономерно заканчивается их гибелью, в других — В., проникший внутрь клетки, как бы исчезает и может длительное время не проявлять своего вредоносного действия. Первый тип взаимодействия называется литической инфекцией, второй — латентной, или маскированной. Названия эти означают, что в первом случае заболевание клеток является острым, протекает быстро и приводит к гибели клеток; при втором имеет место длительное хрон. течение болезни, клетки при этом сохраняют внешне здоровый вид и поэтому такое заболевание трудно распознать. Между этими двумя крайними видами вирусных заболеваний существует множество переходных форм.
При острой инфекции вскоре после контакта с В. начинается разрушение клеток; они сморщиваются и округляются. Постепенно не остается ни одной живой клетки, и на месте цветущей культуры можно обнаружить лишь бесформенные остатки погибших клеток. Этот процесс напоминает острую инф. болезнь со смертельным исходом. Такую картину могут вызвать вирусы оспы, полиомиелита, ящура и др.
При латентной инфекции В. может оставаться в клетке неопределенно долгое время, не оказывая характерного болезнетворного действия. Больше того, В. может передаваться потомству этой клетки и переходить из поколения в поколение. Сущность происходящего процесса хорошо изучена на модели фаг — бактерия. Уже давно известны бактерии, способные образовывать фаг без заражения, как бы самопроизвольно. Свойство производить фаг они передают по наследству своему потомству. Фаг, полученный из этих так наз. лизогенных бактерий, называют умеренным. Если таким фагом заразить свежие чувствительные бактерии, то размножения фага и гибели микроорганизмов не происходит. Фаг в этих бактериях переходит в неинфекционную форму. Бактерии продолжают хорошо расти на питательных средах, имеют обычную морфологию и отличаются от незараженных только тем, что приобретают устойчивость к повторному заражению. Такие бактерии передают фаг по наследству своему потомству, в к-ром разрушается и погибает только ничтожно малая часть (1 из 10 тыс.) дочерних клеток. Создается впечатление, что в этом случае в борьбе с фагом победила бактерия. Но на самом деле это не так. Когда лизогенные бактерии попадают в неблагоприятные условия или подвергаются облучению ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, воздействию сильных окислителей и т. п., «замаскированный» В. активизируется и переходит в полноценную форму. Большинство клеток при этом распадается и начинает продуцировать В. как при обычной острой инфекции. Это явление называется индукцией, а факторы, ее вызывающие,— индуцирующими факторами.
Явление лизогении исследовали в различных лабораториях мира. Был накоплен большой экспериментальный материал, показывающий, что умеренные фаги существуют внутри бактерий в виде так наз. профагов, представляющих собой объединение ДНК фагов с хромосомами бактерий. Профаг синхронно размножается вместе с клеткой и представляет с ней как бы единое целое. Являясь своеобразной субъединицей клетки, профаги в то же время выполняют свою собственную функцию — они несут генетическую информацию, необходимую для синтеза полноценных частиц данного типа фага. Это свойство профага выявляется, как только бактерии попадают в неблагоприятные условия: индуцирующие факторы нарушают связи между хромосомой бактерии и профагом, активизируют его. Лизогения широко распространена в природе. У некрых бактерий (напр., у стафилококков, бактерий брюшного тифа) почти каждый представитель является лизогенным. Отдельные виды лизогенных бактерий (их называют полизогенными) способны выделять до пяти разных типов фага.
В настоящее время доказано, что латентные, или бессимптомные, вирусные инфекции встречаются в природе чаще, чем острые. Практически все известные В. могут выступать как в острой, так и в маскированной форме. У человека и животных латентные инфекции наблюдаются при таких заболеваниях, как герпес, полиомиелит, энцефаломиелит, грипп, инфекционная анемия лоша- дей. В., вызывающие эти заболевания, могут долго (иногда всю жизнь) оставаться в организме, не обнаруживая своего присутствия. Один из предполагаемых механизмов столь длительного сохранения — интеграция генетического материала В. и клеток, что доказано для ряда РНК- и ДНК-содержащих В. Для таких случаев советским вирусологом В. М. Ждановым предложен термин «интегративные болезни». При ослаблении организма в результате неблагоприятных воздействий (охлаждение, длительное воздействие солнечных лучей, рентгеновские лучи, стрессы, действие канцерогенных веществ и пр.) В. могут активизироваться и проявлять свое болезнетворное действие. Под влиянием перечисленных провоцирующих факторов скрытая бессимптомная вирусная инфекция переходит в явное заболевание.
Онкогенные вирусы. В настоящее время известно ок. 40 В., вызывающих лейкозы («рак крови»), рак и саркому у хладнокровных (лягушки), пресмыкающихся (змеи), птиц (куры) и млекопитающих (мыши, крысы, хомяки, обезьяны). Эти В. названы онкогенными. При введении их здоровым животным закономерно наблюдается развитие злокачественного процесса. Что касается человека, то здесь дело обстоит много сложнее. Основная трудность работы с В.— кандидатами на роль возбудителей рака и лейкоза человека — связана с тем, что подобрать подходящее лабораторное животное обычно не удается. Исключение составляют обезьяны, но здесь возникает другая сложность — обезьяны часто являются носителями своих «обезьяньих» В., к-рые похожи на В. человека, но все «же ими не являются. Наличие таких «двойников» зачастую путает картину и затрудняет анализ. К этому следует прибавить, что онкогенные В. сами по себе весьма необычны по свойствам, капризны и склонны «маскироваться».
Онкогенные В. малоактивны. Они не способны разрушить клетку, но могут вызвать в ней наследственные изменения, причем опухолевые клетки как будто бы больше не нуждаются в В. Действительно, в уже возникших опухолях В. часто не обнаруживаются. Это позволило сделалъ вывод, что В. в развитии опухоли играют как бы роль спички и могут не принимать участия в возникшем пожаре. Действующим началом рнкогенных вирусов является нуклеиновая к-та. Это было доказано опытами с клетками, зараженными изолированной ДНК, полученной из вируса полиомы (онкогенный вирус). Нормальные клетки под влиянием вирусной ДНК превращались в опухолевые и после введения в организм лаборатор- ных животных вызывали появление опухолей.
Очень важные открытия, касающиеся механизма возникновения рака, были сделаны совсем недавно. Ранее было замечено, что после заражения клеток онкогенными вирусами наблюдается два необычных явления. Зараженные клетки, как правило/сохраняют нормальный вид, и никаких признаков болезни обнаружить не удается. При этом В. в клетках словно исчезает. «Исчезновение» В. объясняется тем, что его ДНК встраивается в хромосомы клетки и как бы становится одним из клеточных генов. Долгое время было неясно, как могут встраиваться в ДНК хромосом клеток онкогенные РНК-содержащие.
Предупреждение и лечение вирусных инфекций. Диапазон патол. процессов, вызываемых В., очень широк. Здесь и так паз. генерализованные инфекции (грипп, корь, бешенство, свинка, оспа и др.) и местные поражения кожи и слизистых оболочек (герпес, папилломы), и болезни отдельных органов и тканей (миокардиты, гепатиты, лейкозы), и, наконец, злокачественные образования (рак, саркома). Использование антибиотиков резко снизило число заболеваний, вызываемых бактериями и простейшими. Это привело к тому, что удельный вес вирусных инфекций в патологии человека начал возрастать. Распространенными заболеваниями остаются грипп, корь, инф. гепатит, тропические лихорадки, герпес и другие вирусные болезни. В природе практически не существует чисто человеческих В. — все они близки и аналогичны соответствующим В. животных. Иными словами, подавляющее большинство В» имеет несколько хозяев. В качестве примера можно привести арбовирусы, одинаково хорошо размножающиеся в клетках насекомых (комары, клещи), человека и животных. Это определяет сложность циркуляции В. в природе. Так, бесконтрольное развитие свиноводства в Японии послужило предпосылкой вспышек японского энцефалита у людей. Важную роль в распространении ряда вирусных инфекций играют, как это установлено в последние годы, перелетные птицы. Они могут переносить В. с материка на материк.
Первые попытки борьбы с вирусными заболеваниями были предприняты задолго до открытия В. Суть способа сводится к простой формуле «Бей врага его же оружием». Вирус здесь выступает против вируса. Англ. врач Э. Дженнер заметил, что молочницы, перенесшие оспу коров (заболевание очень легкое), позже не болеют натуральной оспой. В 1796 г. Дженнер попробовал прививать оспу коров (вакцину) здоровым людям и после этой процедуры они не заболевали оспой. В те далекие времена от оспы умирали ежегодно миллионы людей и открытие Дженнера было чрезвычайно важным. С тех пор прошло много лет. Вторая противовирусная вакцина (так стали называть препараты, защищающие организм от вирусных и бактериальных инфекций) была создана против бешенства франц. ученым Л. Пастером в 1885 г. После открытия В. вакцины из убитых или ослабленных В. стали производить в промышленном масшта- бе. При введении в организм такие В» не вызывают заболевания, но создают активный иммунитет (или невосприимчивость) к данному В. Этот метод называется вакцинопрофилактикой. Другим способом защиты человека от В. является использование сывороток, взятых у переболевших отюдей или специально полученных из" крови животных, привитых определенными В. Такие сыворотки содержат антитела — специфические белки, способные нейтрализовать соответствующие В. и создавать т. о. пассивный иммунитет уже через несколько часов после введения. Этот способ используется для предупреждения кори и лечения энцефалитов. Наконец, в последние годы для профилактики некрых вирусных инфекций стали использовать интерферон и некрые хим. препараты.
Существенной задачей настоящих и будущих исследований является целенаправленный поиск путей активного вмешательства в размножение В. При этом могут преследоваться две противоположные цели: подавление размножения и его стимуляция. Первая цель — конечная задача химиотерапии вирусных инфекций. Ни один из широко распространенных сульфаниламидных препаратов и антибиотиков не подавляет размножение В. (это обстоятельство имеет только то достоинство, что при добавлении таких препаратов к вируссодержащему материалу — мокрота, испражнения и пр.— удается легко отделить В. от сопутствующих бактерий). Вместе с тем претивовирусные вакцины и сыворотки могут использоваться в основном лишь как профилактич. средство. Основная трудность, с к-рой сталкиваются при разработке рациональной химиотерапии вирусных инфекций, заключается в тем, что В. размножаются внутри клеток, используя их системы, поэтому любое воздействие на синтез В. неизбежно приводит к нарушению обмена веществ клеток. В связи с этим большинство препаратов, подавляющих размножение В., параллельно угнетают жизнедеятельность клеткихозяина.
Клинически пригодные антивирусные препараты до сих пор отсутствуют. Хотя получено уже значительное число антибиотиков и антиметаболитов, обладающих выраженной способностью подавлять развитие В. в пробирке, все эти препараты малоэффективны в организме в безвредных для него концентрациях. Несмотря на небольшое значение антивирусных препаратов для практической медицины, их использование в исследованиях закономерностей размножения В. играло и играет существенную роль. Они позволяют расчленять фазы размножения В., прерывать течение инф. процесса, подавлять отдельные звенья обмена веществ клеток и т. д. Это в свою очередь дает возможность определять продолжительность отдельных этапов размножения В., вычленять разные стадии, устанавливать взаимосвязь между ними, взаимоотношения между синтезом В. и обменом веществ клеток и решать ряд других вопросов.
Стимуляция размножения В, имеет самое непосредственное отношение к производству вирусных препаратов (вакцины, диагностику мы) и накоплению биомассы В, для различных моле- кулярнобиол. исследований. Размножение В. зависит от множества условий: состава питательной среды, возраста клеток, температуры инкубации, множественности заражения и т. д. Целенаправленное изменение любого из этих условий может значительно повысить вирусный «урожай». Поэтому подбор оптимальных условий, к-рые устанавливаются в каждом случае экспериментально, имеет принципиальное значение для производства вирусных препаратов.
Методы исследования вирусов. В. не растут на искусственных питательных средах. Мясной бульон или мясопептонный агар, на к-ром культивируют большинство бактерий, для В. не годится, поэтому их выращивают спец. методами. В прошлом исследования проводились на лабораторных животных (белые мыши, морские свинки, кролики). Им вводили подозрительный материал и по картине заболевания судили, какой В. его мог вызвать. Затем больных животных забивали, пораженные органы растирали, фильтровали (для отделения искомых В. от бактерий) и вводили здоровым животным» Подобные многодневные, трудоемкие, дорогие и порой опасные эксперименты могли дать лишь очень ограниченную информацию о В. Теперь для размножения и выделения В., кроме лабораторных животных, используют развивающиеся куриные эмбрионы, в к-рых некрые В. прекрасно размножаются, накапливаясь порой до значительных количеств (некрые гриппоподобные В. до миллиарда частиц в см3).
С начала 50-х гг. вирусологи начали широко использовать метод культуры клеток. Клетки живой ткани изолируют друг от друга с помощью фермента (трипсина), переносят в спец. стерильную посуду, добавляют сложную по составу питательную среду и ставят в термостат. Клетки начинают делиться и постепенно покрывают поверхность стекла ровным сплошным слоем. Под микроскопом хорошо видны отдельные клетки, содержащие характерные компоненты (ядра, ядрышки, цитоплазму, оболочку). Если такие клетки заразить В., то можно непосредственно наблюдать их разрушительное действие на клетки. Метод культуры тканей позволил открыть новые В. и изучать взаимодействие В. и клеток. Известны клетки, к-рые культивируются уже много лет во всех вирусологических лабораториях. Например, культуры НеЬа и НеР-2, полученные в 50-х гг. из клеток раковой опухоли; культура АС — из ангиосаркомы человека; культура СОЦ — из клеток сердца обезьяны и многие другие.
Нарушение обмена веществ, вызванное размножением В., обычно приводит к глубоким изменениям структур и функций клеток: в одних случаях теряется способность к размножению и росту и клетки в конце концов гибнут; в других — наблюдается злокачественное перерождение клеток (трансформация). Пораженные В. клетки всесторонне исследуются с помощью разнообразных методов — от микроскопии до радиоизотопного анализа. Биохимики анализируют изменение обмена белков, нуклеиновых к-т и других компонентов клетки; цитологи смотрят, как изменяется строение зараженных клеток; генетики определяют, как меняются наследственные свойства клеток и т. д« Для обнаружения зараженных клеток используются различные приемы вирусологической диагностики: метод флюоресцирующих антител, позволяющий четко определять наличие В. в клетках, к-рые внешне выглядят незараженными; метод учета скорости и характера размножения В., основанный на наблюдениях за разрушением (полным или частичным) клеток, иммунологические реакции (нейтрализации, связывания комплемента) и др.
Полезные вирусы. Существуют и полезные В. Сначала были выделены и испытаны В. — пожиратели бактерий (бактериофаги). Быстро и безжалостно расправлялись они со своими ближайшими родственниками по микромиру: палочки чумы, брюшного тифа, дизентерии, вибрионы холеры буквально таяли на глазах после встречи с этими безобидными на вид вирусами. Вначале их широко применяли для предупреждения и лечения многих инф. заболеваний, вызывавшихся бактериями (дизентерия, холера, брюшной тиф). Однако за первыми успехами последовали неудачи. Это было связано с тем, что в организме человека фаги действовали на бактерии не так активно, как в пробирке. Кроме того, бактерии очень быстро приспосабливались к фагам и становились нечувствительными к их действию. После открытия антибиотиков фаги как лекарство отступили на задний план. Но до сих пор их с успехом используют для распознавания бактерий, т. к. фаги умеют очень точно находить «свои бактерии» и быстро растворять их. Выделенные из организма больного бактерии выращивают на твердой питательной среде, на полученные газоны в разные места вносят так наз. индикаторные фаги (дизентерийные, брюшнотифозные, холерные и др.). Через сутки определяют, какой фаг вызвал растворение бактерий. Если такое действие оказал дизентерийный фаг, значит из организма больного выделены бактерии дизентерии, если брюшнотифозный фаг — бактерии брюшного тифа. Это очень точный метод, к-рый позволяет определять не только вид бактерий, но и их тип».
Полезными оказались В., поражающие животных и насекомых. Несколько лет назад в Австралии остро встала проблема борьбы с дикими кроликами, к-рые быстрее саранчи уничтожали посевы сельскохозяйственных культур и приносили огромный экономический ущерб. Для борьбы с кроликами использовали В. миксоматоза. В течение 10— 12 дней этот В. способен уничтожить практически всех зараженных животных. Для его распространения среди кроликов использовали зараженных комаров, к-рые сыграли роль «летающих игл».
Можно привести и другие примеры успешного использования В. для уничтожения вредителей. Все знают, какой ущерб приносят гусеницы и жукипилильщики. Одни поедают листья полезных растений, другие поражают деревья, угрожая порой садам и лесным массивам. С ними сражаются так наз. В. полиэдроза и гранулоза. На небольших участках их распыляют пульверизаторами, а для обработки больших площадей используют самолеты. Так поступили в Калифорнии при борьбе с гусеницами, к-рые поражали поля люцерны, и в Канаде при уничтожении соснового пилильщика. Перспективно также применение В. для борьбы с гусе ницами, поражающими капусту и свек лу, а также для уничтожения домаш ней моли.
Долгое время дискутировался вопрос, являются ли В. живыми организмами или представляют собой только комбинацию гигантских молекул. В настоящее время выяснено, что В. являются наиболее примитивными существами, но обладают всеми основными свойствами живых организмов. Они размножаются, т. е. воспроизводят потомство, сходное с исходными родительскими В., хотя способ их размножения весьма своеобразен и во многом отличается от того, что нам известно о размножении других живых существ. Обмен веществ у В. тесно связан с обменом веществ зараженных клеток. Они обладают наследственностью, свойственной всем живым организмам, к-рая обусловлена теми же биол. и хим. структурами, что и у других живых организмов, т. е. нуклеиновыми кислотами. Наконец, В., как и все другие живые существа, обладают изменчивостью и приспособляемостью к меняющимся условиям окружающей среды. В. могут существовать в двух формах: внеклеточной (покоящейся) и внутриклеточной (размножающейся). Существующие вне клеток вирионы (вирусные частицы) не обнаруживают никаких признаков жизни. Попав в организм, вирионы проникают в чувствительные к ним клетки и переходят из покоящейся в размножающуюся форму. Начинается сложное и многообразное взаимодействие В. и клетки, заканчивающееся образованием и выходом в окружающую среду дочерних вирионов.
Строение и химический состав вирионов. Долгое время о существовании В. судили по их болезнетворному действию. Непосредственно наблюдать В. можно только с помощью электронного микроскопа, дающего увеличение в десятки и сотни тысяч раз (максимальное увеличение обычного оптич. микроскопа — 1500 раз). Впервые увидеть В. удалось лишь через 50 лет после того, как они были открыты.
Самые крупные — В. оспы достигают величины 400—700 нм (нм — миллионная доля мм) и приближаются по размерам к небольшим бактериям, самые мелкие (возбудители энцефалита, полиомиелита, ящура) измеряются всего десятками нм, т.е. близки к крупным белковым молекулам (напр., молекуле гемоглобина крови), т. о., среди В. есть свои великаны и карлики. По внешнему виду тельца В. (вирионы) напоминают кубики, палочки, шарики и нити. В., поражающие бактерии (см. Бактериофаг), похожи на головастиков и состоят из головки и хвоста.
Самые простые вирусы состоят из белков и нуклеиновой к-ты. Наиболее важная часть вирусной частицы — нуклеиновая к-та, носитель генетической информации. Клетки человека, животных, растений и бактерий всегда содержат два типа нуклеиновых к-т — дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и рибонуклеиновую (РНК) (см. Нуклеиновые кислоты), В.— лишь один тип — или ДНК, или РНК. Так, В. оспы, аденовирусы и большинство бактериофагов содержат ДНК, а В. гриппа, полиомиелита, энцефаломиелитов — РНК, края у В. (в отличие от Р|1К клеток животных) содержит генетическую информацию. Имеются также В., содержащие однонитчатую ДНК (некрые бактериофаги) и двунитчатую РНК (реовирусы), к-рые не встречаются среди клеточных нуклеиновых к-т. Второй обязательный компонент вирусной частицы — белки, сложность строения к-рых у разных В. различна. Более сложные по структуре В., кроме белков и нуклеиновых к-т, содержат углеводы, липиды. Для каждой группы В. характерен свой набор белков, жиров, углеводов и нуклеиновых к-т. Многие В. содержат также ферменты.
Каждый компонент вирусной частицы имеет определенные, весьма сложные функции: нуклеиновая к-та определяет наследственные и инф. свойства и играет ведущую роль в изменчивости В., а ферменты участвуют в их размножении. Обычно нуклеиновая к-та находится в центре частицы и защищена от неблагоприятных воздействий белковой оболочкой, как бы одета в нее. Оболочка (капсид) состоит из определенным образом уложенных однотипных белковых молекул (капсомеров), к-рые образуют симметричные геометрические формы. В случае кубической симметрии нить нуклеиновой к-ты свернута в клубок, а белковые капсомеры плотно уложены вокруг нее. Такие вирусные частицы напоминают малину и по форме приближаются к шарику. Так устроены В. полиомиелита, ящура, адено-, рео-, риновирусы и др. При спиральной симметрии нить нуклеиновой к-ты В. закручена в виде спирали, каждый виток к-рой покрыт капсомерами, тесно прилегающими друг к другу (нуклеокапсид). Вирусные частицы в этом случае напоминают початок кукурузы и по форме приближаются к палочке. Типичный пример — вирус табачной мозаики.
У сложно устроенных В. сердцевина в виде туго свернутой спирали покрыта одной или несколькими внешними оболочками, в состав к-рых входят различные вещества. Такое строение имеют, напр., орто- и парамиксовирусы. Сложнее устроен В. оспы. В его центре находится «внутреннее тельце», напоминающее ядро клеток вые- ших организмов. Оно состоит из белка и ДНК и окружено белковым слоем, по бокам от к-рого имеются два образования также белковой природы., Снаружи вирусная частица покрыта оболочкой. Довольно сложно устроены и частицы В. гриппа. Нуклеокапсид в виде трубок уложен внутри частиц и одет в оболочку. Особенно подробно изучено строение В. бактерий — бактериофагов, к-рые состоят из головки и хвоста. Различные типы фагов отличаются друг от друга размерами, а также формой головки, к-рая может быть палочковидной, круглой, овальной, в виде пяти- или шестиугольника. Хвост фага одет белковым чехольчиком, от к-рого отходят длинные тонкие волокна, играющие роль присосок при прикреплении частицы фага к бактерии.
Размножение вирусов. Взаимодействие вириона с живой клеткой осуществляется в несколько этапов. В начальный (подготовительный) период вирион прикрепляется к клетке, проникает внутрь ее, после чего белковая оболочка вириона разрушается, освобождая нуклеиновую к-ту. Наступает скрытый (латентный) период вирусной инфекции, во время к-рого присутствие в зараженной клетке вирусных частиц нельзя обнаружить никакими методами — родительский вирион как бы исчезает. В этот период проникшая в клетку вирусная нуклеиновая к-та организует синтез вирусных компонентов потомства, используя для этой цели ферментативную систему хозяина. Цикл размножения заканчивается формированием дочерних вирионов и выходом их из клетки (конечный период).
Атаки на клетку начинаются с прикрепления В» к клеточной стенке, или так наз. адсорбции вируса. Она отличается большой специфичностью: каждый В. способен прикрепляться лишь к определенным клеткам, имеющим на своей поверхности спец. рецепторы. На одной клетке могут адсорбироваться десятки и даже сотни вирусных частиц. Затем начинается внедрение вирионов, осуществляемое самой клеткой (виропексис). Она как бы «втягивает» прикрепленные к ее оболочке вирусные частицы внутрь. Здесь мы встречаемся с тем случаем, когда созданное многовековой эволюцией целесообразное приспособление приводит к совершенно нежелательным результатам. Действительно, активный захват клеткой из окружающей среды различных частиц (фагоцитоз) или капелек воды (пиноцитоз) имеет большое значение для ее нормальной жизнедеятельности, а использование этих же механизмов для захвата В. скорее напоминает самоубийство. Если бы дело ограничилось только простым «проглатыванием» вирусной частицы, это не приводило бы к трагическому для клетки финалу. Но механизм фагоцитоза предусматривает также последующее растворение фагоцитированной частицы (в нашем случае В.). Для этой цели клетка использует имеющийся у нее набор спец. ферментов, разрушающих вирусные белки. Освобожденные нуклеиновые к-ты В. по клеточным каналам очень быстро проникают в ядро клетки или остаются в цитоплазме.
Более просто устроенные бактерии не способны сами захватывать частицы из окружающей среды. Поэтому у бактериофагов имеются спец. приспособления для преодоления плотной бактериальной стенки. В концевой части хвоста содержится особый фермент, к-рый растворяет бактериальную оболочку. Затем микроскопические «мышцы» хвоста сокращаются и нуклеиновая к-та фага «впрыскивается» внутрь клетки, происходит как бы инъекция с помощью шприца. В результате белковый чехол фага остается на поверхности клетки, а внутрь клетки попадает лишь нуклеиновая к-та».
Нуклеиновые к-ты В. осуществляют программу по созданию в клетке нового вирусного потомства. Это было доказано оригинальными опытами. Удалось разделить В. на составляющие их компоненты — белки и нуклеиновые к-ты. Оказалось, что заражение клеток и размножение В. происходило только после добавления к клеткам вирусной нуклеиновой к-ты. Иными словами, нуклеиновые к-ты В. сами по себе могут вызывать размножение В., т. е. обладают инфекционными свойствами. В другом опыте два В. были разделены на составляющие компоненты, а затем «переодеты»: нуклеиновую к-ту одного В. «одели» в оболочку другого. Полученными гибридами были заражены чувствительные клетки. Было обнаружено, что оба «переодетых» В. способны размножаться, а образующееся потомство всегда подобно тому В., нуклеиновую к-ту к-рого содержал гибрид.
Проникшая в клетку вирусная нуклеиновая к-та управляет всеми процессами размножения В. Сначала она заставляет клетку синтезировать так называемые ранние белки, подавляющие собственный обмен веществ клетки и обеспечивающие синтез нуклеиновых к-т дочерних частиц. Образование их происходит в результате самокопирования родительской нуклеиновой к-ты. Генетическая информация, заложенная в нуклеиновой к-те В., определяет состав белков, из к-рых строятся дочерние частицы так наз. поздних белков. В ДНК-содержащих В. реализация этой информации осуществляется обычным для клетки путем: на ДНК синтезируется информационная РНК (транскрипция), управляющая последующим биосинтезом белков (трансляция). В нуклеиновой к-те многих РНК-содержащих В. объединены и генетическая, и информационная функции: РНК участвует и в репликации, и в трансляции (в воспроизводстве нуклеиновых кислот и белка В.).
У многих В. построение белковых оболочек и внутреннего содержимого идет раздельно. Клетка «нарабатывает» отдельные детали, к-рые потом соединяются, образуя вирусные частицы. Когда в зараженной клетке накопится достаточное количество «заготовок» для будущих вирусных частиц, наступает как бы сборка деталей (композиция).. Процесс этот происходит обычно вблизи клеточной оболочки, к-рая принимает в нем участие. В составе вирусной частицы часто обнаруживаются вещества, характерные для клетки, в к-рой размножается В. Напр., у В. гриппа заключительный этап формирования вирусной частицы — своеобразное обволакивание ее слоем клеточной мембраны. Т. о., клетка не только «кормит» и «поит» В., но на прощание еще и «одевает» их.
Последний этап взаимодействия В. и клетки, как правило, непродолжителен. Образовавшиеся полноценные вирусные частицы быстро выходят во внешнюю среду. Весьма своеобразно происходит выход потомства у бактериофагов. Он сопровождается обычно растворением (лизисом) бактериальных клеток под действием особого фермента, к-рый накапливается в клетке параллельно размножению фага и приво- дит ее к разрушению и гибели. Под микроскопом хорошо видно, как это происходит. Иногда бактерии как бы взрываются, в других случаях в бактерии (в середине или на одном из концов) образуется отверстие, через к-рое вытекает ее содержимое. Из одной погибшей бактерии может освободиться до нескольких сотен новых частиц фага. Процесс размножения фагов продолжается до тех пор, пока не будут уничтожены все чувствительные к этому фагу бактерии. Для В. оспы, полиомиелита, энцефалитов также характерен быстрый выход в окружающую среду сотен, а порой тысяч дочерних вирионов. Другие В. человека и животных (В. герпеса, свинки, реовирусы) выходят из клеток по мере созревания. Эти В. до момента гибели клеток успевают проделать несколько циклов размножения, постепенно истощая синтетические ресурсы клеток и вызывая их разрушение.
В отдельных случаях В. могут накапливаться внутри клеток, образуя кристалл оподобные скопления (В. бешенства, аденовирусы и др.), к-рые называют тельцами включений. При гриппе, бешенстве, пситтакозе, оспе такие тельца обнаруживают в цитоплазме клеток, при весеннелетнем энцефалите, желтой лихорадке, герпесе и полиомиелите — в ядре; при некрых инфекциях тельца включений находили как в ядре, так и в цитоплазме. Исследования последних лет показали, что в подавляющем большинстве случаев эти включения представляют собой колонии В., причем их образование закономерно на определенной стадии размножения возбудителей инфекции. Вы- сокая специфичность внутриклеточных включений при вирусных заболеваниях позволяет использовать этот признак для диагностики. Напр., обнаруженные в нервных клетках головного мозга цитоплазматические включения (так наз. тельца Негри) являются основным доказательством заболевания бешенством, аспецифич. образования круглой или овальной формы (так наз. тельца Гварниери), обнаруженные в эпителиальных клетках, указывают на заболевание оспой. Включения описаны также при энцефалите, детском спинномозговом параличе, ящуре и других заболеваниях. Очень своеобразные включения, имеющие кристаллическую форму, образуют вирусы растений.
Т. о., размножение В. происходит особым, ни с чем не сравнимым способом. Сначала вирусные частицы проникают внутрь клеток и освобождаются вирусные нуклеиновые к-ты. Затем заготавливаются детали будущих вирусных частиц. Размножение заканчивается сборкой новых вирусных частиц и выходом их в окружающую среду. Выпадение любого из указанных этапов приводит к нарушению нормального цикла и влечет за собой либо полное подавление размножения В., либо появление неполноценного потомства.
Взаимодействие вирусов с клетками. Формы вирусной инфекции сложны и многообразны. В одних случаях быстро развивается болезнь клеток, к-рая закономерно заканчивается их гибелью, в других — В., проникший внутрь клетки, как бы исчезает и может длительное время не проявлять своего вредоносного действия. Первый тип взаимодействия называется литической инфекцией, второй — латентной, или маскированной. Названия эти означают, что в первом случае заболевание клеток является острым, протекает быстро и приводит к гибели клеток; при втором имеет место длительное хрон. течение болезни, клетки при этом сохраняют внешне здоровый вид и поэтому такое заболевание трудно распознать. Между этими двумя крайними видами вирусных заболеваний существует множество переходных форм.
При острой инфекции вскоре после контакта с В. начинается разрушение клеток; они сморщиваются и округляются. Постепенно не остается ни одной живой клетки, и на месте цветущей культуры можно обнаружить лишь бесформенные остатки погибших клеток. Этот процесс напоминает острую инф. болезнь со смертельным исходом. Такую картину могут вызвать вирусы оспы, полиомиелита, ящура и др.
При латентной инфекции В. может оставаться в клетке неопределенно долгое время, не оказывая характерного болезнетворного действия. Больше того, В. может передаваться потомству этой клетки и переходить из поколения в поколение. Сущность происходящего процесса хорошо изучена на модели фаг — бактерия. Уже давно известны бактерии, способные образовывать фаг без заражения, как бы самопроизвольно. Свойство производить фаг они передают по наследству своему потомству. Фаг, полученный из этих так наз. лизогенных бактерий, называют умеренным. Если таким фагом заразить свежие чувствительные бактерии, то размножения фага и гибели микроорганизмов не происходит. Фаг в этих бактериях переходит в неинфекционную форму. Бактерии продолжают хорошо расти на питательных средах, имеют обычную морфологию и отличаются от незараженных только тем, что приобретают устойчивость к повторному заражению. Такие бактерии передают фаг по наследству своему потомству, в к-ром разрушается и погибает только ничтожно малая часть (1 из 10 тыс.) дочерних клеток. Создается впечатление, что в этом случае в борьбе с фагом победила бактерия. Но на самом деле это не так. Когда лизогенные бактерии попадают в неблагоприятные условия или подвергаются облучению ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, воздействию сильных окислителей и т. п., «замаскированный» В. активизируется и переходит в полноценную форму. Большинство клеток при этом распадается и начинает продуцировать В. как при обычной острой инфекции. Это явление называется индукцией, а факторы, ее вызывающие,— индуцирующими факторами.
Явление лизогении исследовали в различных лабораториях мира. Был накоплен большой экспериментальный материал, показывающий, что умеренные фаги существуют внутри бактерий в виде так наз. профагов, представляющих собой объединение ДНК фагов с хромосомами бактерий. Профаг синхронно размножается вместе с клеткой и представляет с ней как бы единое целое. Являясь своеобразной субъединицей клетки, профаги в то же время выполняют свою собственную функцию — они несут генетическую информацию, необходимую для синтеза полноценных частиц данного типа фага. Это свойство профага выявляется, как только бактерии попадают в неблагоприятные условия: индуцирующие факторы нарушают связи между хромосомой бактерии и профагом, активизируют его. Лизогения широко распространена в природе. У некрых бактерий (напр., у стафилококков, бактерий брюшного тифа) почти каждый представитель является лизогенным. Отдельные виды лизогенных бактерий (их называют полизогенными) способны выделять до пяти разных типов фага.
В настоящее время доказано, что латентные, или бессимптомные, вирусные инфекции встречаются в природе чаще, чем острые. Практически все известные В. могут выступать как в острой, так и в маскированной форме. У человека и животных латентные инфекции наблюдаются при таких заболеваниях, как герпес, полиомиелит, энцефаломиелит, грипп, инфекционная анемия лоша- дей. В., вызывающие эти заболевания, могут долго (иногда всю жизнь) оставаться в организме, не обнаруживая своего присутствия. Один из предполагаемых механизмов столь длительного сохранения — интеграция генетического материала В. и клеток, что доказано для ряда РНК- и ДНК-содержащих В. Для таких случаев советским вирусологом В. М. Ждановым предложен термин «интегративные болезни». При ослаблении организма в результате неблагоприятных воздействий (охлаждение, длительное воздействие солнечных лучей, рентгеновские лучи, стрессы, действие канцерогенных веществ и пр.) В. могут активизироваться и проявлять свое болезнетворное действие. Под влиянием перечисленных провоцирующих факторов скрытая бессимптомная вирусная инфекция переходит в явное заболевание.
Онкогенные вирусы. В настоящее время известно ок. 40 В., вызывающих лейкозы («рак крови»), рак и саркому у хладнокровных (лягушки), пресмыкающихся (змеи), птиц (куры) и млекопитающих (мыши, крысы, хомяки, обезьяны). Эти В. названы онкогенными. При введении их здоровым животным закономерно наблюдается развитие злокачественного процесса. Что касается человека, то здесь дело обстоит много сложнее. Основная трудность работы с В.— кандидатами на роль возбудителей рака и лейкоза человека — связана с тем, что подобрать подходящее лабораторное животное обычно не удается. Исключение составляют обезьяны, но здесь возникает другая сложность — обезьяны часто являются носителями своих «обезьяньих» В., к-рые похожи на В. человека, но все «же ими не являются. Наличие таких «двойников» зачастую путает картину и затрудняет анализ. К этому следует прибавить, что онкогенные В. сами по себе весьма необычны по свойствам, капризны и склонны «маскироваться».
Онкогенные В. малоактивны. Они не способны разрушить клетку, но могут вызвать в ней наследственные изменения, причем опухолевые клетки как будто бы больше не нуждаются в В. Действительно, в уже возникших опухолях В. часто не обнаруживаются. Это позволило сделалъ вывод, что В. в развитии опухоли играют как бы роль спички и могут не принимать участия в возникшем пожаре. Действующим началом рнкогенных вирусов является нуклеиновая к-та. Это было доказано опытами с клетками, зараженными изолированной ДНК, полученной из вируса полиомы (онкогенный вирус). Нормальные клетки под влиянием вирусной ДНК превращались в опухолевые и после введения в организм лаборатор- ных животных вызывали появление опухолей.
Очень важные открытия, касающиеся механизма возникновения рака, были сделаны совсем недавно. Ранее было замечено, что после заражения клеток онкогенными вирусами наблюдается два необычных явления. Зараженные клетки, как правило/сохраняют нормальный вид, и никаких признаков болезни обнаружить не удается. При этом В. в клетках словно исчезает. «Исчезновение» В. объясняется тем, что его ДНК встраивается в хромосомы клетки и как бы становится одним из клеточных генов. Долгое время было неясно, как могут встраиваться в ДНК хромосом клеток онкогенные РНК-содержащие.
Предупреждение и лечение вирусных инфекций. Диапазон патол. процессов, вызываемых В., очень широк. Здесь и так паз. генерализованные инфекции (грипп, корь, бешенство, свинка, оспа и др.) и местные поражения кожи и слизистых оболочек (герпес, папилломы), и болезни отдельных органов и тканей (миокардиты, гепатиты, лейкозы), и, наконец, злокачественные образования (рак, саркома). Использование антибиотиков резко снизило число заболеваний, вызываемых бактериями и простейшими. Это привело к тому, что удельный вес вирусных инфекций в патологии человека начал возрастать. Распространенными заболеваниями остаются грипп, корь, инф. гепатит, тропические лихорадки, герпес и другие вирусные болезни. В природе практически не существует чисто человеческих В. — все они близки и аналогичны соответствующим В. животных. Иными словами, подавляющее большинство В» имеет несколько хозяев. В качестве примера можно привести арбовирусы, одинаково хорошо размножающиеся в клетках насекомых (комары, клещи), человека и животных. Это определяет сложность циркуляции В. в природе. Так, бесконтрольное развитие свиноводства в Японии послужило предпосылкой вспышек японского энцефалита у людей. Важную роль в распространении ряда вирусных инфекций играют, как это установлено в последние годы, перелетные птицы. Они могут переносить В. с материка на материк.
Первые попытки борьбы с вирусными заболеваниями были предприняты задолго до открытия В. Суть способа сводится к простой формуле «Бей врага его же оружием». Вирус здесь выступает против вируса. Англ. врач Э. Дженнер заметил, что молочницы, перенесшие оспу коров (заболевание очень легкое), позже не болеют натуральной оспой. В 1796 г. Дженнер попробовал прививать оспу коров (вакцину) здоровым людям и после этой процедуры они не заболевали оспой. В те далекие времена от оспы умирали ежегодно миллионы людей и открытие Дженнера было чрезвычайно важным. С тех пор прошло много лет. Вторая противовирусная вакцина (так стали называть препараты, защищающие организм от вирусных и бактериальных инфекций) была создана против бешенства франц. ученым Л. Пастером в 1885 г. После открытия В. вакцины из убитых или ослабленных В. стали производить в промышленном масшта- бе. При введении в организм такие В» не вызывают заболевания, но создают активный иммунитет (или невосприимчивость) к данному В. Этот метод называется вакцинопрофилактикой. Другим способом защиты человека от В. является использование сывороток, взятых у переболевших отюдей или специально полученных из" крови животных, привитых определенными В. Такие сыворотки содержат антитела — специфические белки, способные нейтрализовать соответствующие В. и создавать т. о. пассивный иммунитет уже через несколько часов после введения. Этот способ используется для предупреждения кори и лечения энцефалитов. Наконец, в последние годы для профилактики некрых вирусных инфекций стали использовать интерферон и некрые хим. препараты.
Существенной задачей настоящих и будущих исследований является целенаправленный поиск путей активного вмешательства в размножение В. При этом могут преследоваться две противоположные цели: подавление размножения и его стимуляция. Первая цель — конечная задача химиотерапии вирусных инфекций. Ни один из широко распространенных сульфаниламидных препаратов и антибиотиков не подавляет размножение В. (это обстоятельство имеет только то достоинство, что при добавлении таких препаратов к вируссодержащему материалу — мокрота, испражнения и пр.— удается легко отделить В. от сопутствующих бактерий). Вместе с тем претивовирусные вакцины и сыворотки могут использоваться в основном лишь как профилактич. средство. Основная трудность, с к-рой сталкиваются при разработке рациональной химиотерапии вирусных инфекций, заключается в тем, что В. размножаются внутри клеток, используя их системы, поэтому любое воздействие на синтез В. неизбежно приводит к нарушению обмена веществ клеток. В связи с этим большинство препаратов, подавляющих размножение В., параллельно угнетают жизнедеятельность клеткихозяина.
Клинически пригодные антивирусные препараты до сих пор отсутствуют. Хотя получено уже значительное число антибиотиков и антиметаболитов, обладающих выраженной способностью подавлять развитие В. в пробирке, все эти препараты малоэффективны в организме в безвредных для него концентрациях. Несмотря на небольшое значение антивирусных препаратов для практической медицины, их использование в исследованиях закономерностей размножения В. играло и играет существенную роль. Они позволяют расчленять фазы размножения В., прерывать течение инф. процесса, подавлять отдельные звенья обмена веществ клеток и т. д. Это в свою очередь дает возможность определять продолжительность отдельных этапов размножения В., вычленять разные стадии, устанавливать взаимосвязь между ними, взаимоотношения между синтезом В. и обменом веществ клеток и решать ряд других вопросов.
Стимуляция размножения В, имеет самое непосредственное отношение к производству вирусных препаратов (вакцины, диагностику мы) и накоплению биомассы В, для различных моле- кулярнобиол. исследований. Размножение В. зависит от множества условий: состава питательной среды, возраста клеток, температуры инкубации, множественности заражения и т. д. Целенаправленное изменение любого из этих условий может значительно повысить вирусный «урожай». Поэтому подбор оптимальных условий, к-рые устанавливаются в каждом случае экспериментально, имеет принципиальное значение для производства вирусных препаратов.
Методы исследования вирусов. В. не растут на искусственных питательных средах. Мясной бульон или мясопептонный агар, на к-ром культивируют большинство бактерий, для В. не годится, поэтому их выращивают спец. методами. В прошлом исследования проводились на лабораторных животных (белые мыши, морские свинки, кролики). Им вводили подозрительный материал и по картине заболевания судили, какой В. его мог вызвать. Затем больных животных забивали, пораженные органы растирали, фильтровали (для отделения искомых В. от бактерий) и вводили здоровым животным» Подобные многодневные, трудоемкие, дорогие и порой опасные эксперименты могли дать лишь очень ограниченную информацию о В. Теперь для размножения и выделения В., кроме лабораторных животных, используют развивающиеся куриные эмбрионы, в к-рых некрые В. прекрасно размножаются, накапливаясь порой до значительных количеств (некрые гриппоподобные В. до миллиарда частиц в см3).
С начала 50-х гг. вирусологи начали широко использовать метод культуры клеток. Клетки живой ткани изолируют друг от друга с помощью фермента (трипсина), переносят в спец. стерильную посуду, добавляют сложную по составу питательную среду и ставят в термостат. Клетки начинают делиться и постепенно покрывают поверхность стекла ровным сплошным слоем. Под микроскопом хорошо видны отдельные клетки, содержащие характерные компоненты (ядра, ядрышки, цитоплазму, оболочку). Если такие клетки заразить В., то можно непосредственно наблюдать их разрушительное действие на клетки. Метод культуры тканей позволил открыть новые В. и изучать взаимодействие В. и клеток. Известны клетки, к-рые культивируются уже много лет во всех вирусологических лабораториях. Например, культуры НеЬа и НеР-2, полученные в 50-х гг. из клеток раковой опухоли; культура АС — из ангиосаркомы человека; культура СОЦ — из клеток сердца обезьяны и многие другие.
Нарушение обмена веществ, вызванное размножением В., обычно приводит к глубоким изменениям структур и функций клеток: в одних случаях теряется способность к размножению и росту и клетки в конце концов гибнут; в других — наблюдается злокачественное перерождение клеток (трансформация). Пораженные В. клетки всесторонне исследуются с помощью разнообразных методов — от микроскопии до радиоизотопного анализа. Биохимики анализируют изменение обмена белков, нуклеиновых к-т и других компонентов клетки; цитологи смотрят, как изменяется строение зараженных клеток; генетики определяют, как меняются наследственные свойства клеток и т. д« Для обнаружения зараженных клеток используются различные приемы вирусологической диагностики: метод флюоресцирующих антител, позволяющий четко определять наличие В. в клетках, к-рые внешне выглядят незараженными; метод учета скорости и характера размножения В., основанный на наблюдениях за разрушением (полным или частичным) клеток, иммунологические реакции (нейтрализации, связывания комплемента) и др.
Полезные вирусы. Существуют и полезные В. Сначала были выделены и испытаны В. — пожиратели бактерий (бактериофаги). Быстро и безжалостно расправлялись они со своими ближайшими родственниками по микромиру: палочки чумы, брюшного тифа, дизентерии, вибрионы холеры буквально таяли на глазах после встречи с этими безобидными на вид вирусами. Вначале их широко применяли для предупреждения и лечения многих инф. заболеваний, вызывавшихся бактериями (дизентерия, холера, брюшной тиф). Однако за первыми успехами последовали неудачи. Это было связано с тем, что в организме человека фаги действовали на бактерии не так активно, как в пробирке. Кроме того, бактерии очень быстро приспосабливались к фагам и становились нечувствительными к их действию. После открытия антибиотиков фаги как лекарство отступили на задний план. Но до сих пор их с успехом используют для распознавания бактерий, т. к. фаги умеют очень точно находить «свои бактерии» и быстро растворять их. Выделенные из организма больного бактерии выращивают на твердой питательной среде, на полученные газоны в разные места вносят так наз. индикаторные фаги (дизентерийные, брюшнотифозные, холерные и др.). Через сутки определяют, какой фаг вызвал растворение бактерий. Если такое действие оказал дизентерийный фаг, значит из организма больного выделены бактерии дизентерии, если брюшнотифозный фаг — бактерии брюшного тифа. Это очень точный метод, к-рый позволяет определять не только вид бактерий, но и их тип».
Полезными оказались В., поражающие животных и насекомых. Несколько лет назад в Австралии остро встала проблема борьбы с дикими кроликами, к-рые быстрее саранчи уничтожали посевы сельскохозяйственных культур и приносили огромный экономический ущерб. Для борьбы с кроликами использовали В. миксоматоза. В течение 10— 12 дней этот В. способен уничтожить практически всех зараженных животных. Для его распространения среди кроликов использовали зараженных комаров, к-рые сыграли роль «летающих игл».
Можно привести и другие примеры успешного использования В. для уничтожения вредителей. Все знают, какой ущерб приносят гусеницы и жукипилильщики. Одни поедают листья полезных растений, другие поражают деревья, угрожая порой садам и лесным массивам. С ними сражаются так наз. В. полиэдроза и гранулоза. На небольших участках их распыляют пульверизаторами, а для обработки больших площадей используют самолеты. Так поступили в Калифорнии при борьбе с гусеницами, к-рые поражали поля люцерны, и в Канаде при уничтожении соснового пилильщика. Перспективно также применение В. для борьбы с гусе ницами, поражающими капусту и свек лу, а также для уничтожения домаш ней моли.
