Проект «Биотерроризм. Стратегия защиты и борьбы. Новое в медицине» Автор проекта В.Остальцев

Уважаемый читатель! Взгляните, пожалуйста, еще раз на название лекции. Вас ничто не смущает? Все нормально? Дело в том, что первоначально эта лекция имела другое название «Что такое вирус?» Разницу чувствуете? А теперь в самом начале курса «Вирусология» я хотел бы спросить Ваше мнение: какая из двух формулировок вопроса в названии лекции является более приемлемой для вирусов? Иными словами, считаете ли Вы вирусы живыми творениями природы или нет? А через несколько страниц я приведу некоторые статистические данные опроса населения по данной теме. И Вы можете увидеть, с каким процентом населения Ваше мнение совпадает. И еще мне очень интересно: изменится ли Ваша точка зрения на вирусы после изучения (или просмотра) всего курса. Ну, а теперь к делу. Начнем лекцию с вводного вопроса: что такое жизнь? Этот сложный по своей философской сути вопрос подсознательно возникает у каждого всякий раз, когда мы наблюдаем нечто новое, еще непознанное. И точно также подсознательно у нас моментально формируется ответ. «Смотрите – оно живое!» - наверное, каждый из вас еще ребенком произносил такие слова, сталкиваясь с явлениями природы, которые удивляли и приводили в восторг своею загадочною сутью. Что такое жизнь?

Живой организм, раннее неизвестный и впервые увиденный нами, сразу вызывает любопытство и желание изучить его свойства. Мы не задумываясь определяем: живой этот объект или нет (неживой объект, как правило, нас не интересует, мы его можем и не заметить). В нашем подсознании уже заложено понимание признаков жизни, которое инстинктивно проявляется в нашей повседневной жизни. Самый первый признак жизни, который приходит на ум, это – способность к движению. Действительно: если оно двигается, шевелится, плавает, летает, значит, оно живое. Но в современном мире с его новейшими технологиями существуют миллионы двигающихся неживых объектов: транспортные средства, электрооборудование, конвейерные механизмы и т.д. К тому же эти неживые объекты требуют источника энергии для своего движения (топливо, электричество, атомная энергия), точно так же как живые создания в качестве энергетических ресурсов нуждаются в органической пище, солнечном свете, минералах. Способность мыслить – очень хороший и существенный признак жизни. Но, на поверку, этот признак присутствует в природе крайне редко. Понятно, что этим даром отображать в своем сознании и анализировать окружающий мир и в соответствии с этим строить свое отношение к нему и свое поведение наделены только мы – люди (хотя на 100% утверждать данный факт тоже рискованно). Низшие формы жизни не будем брать в расчет. Ну какие мысли могут быть у бактерий, растений, червей, даже у рыб и земноводных? У акулы, например, период сохранения памяти на окружающие события ограничивается двумя минутами. Вся жизнедеятельность биосферы (кроме высшего ее звена – человека) строится в основном на инстинктах. Только незначительное число высокоорганизованных организмов с развитой нервною системою (дельфины, обезьяны, представители семейств кошачьих и псовых, некоторые виды осьминог и каракатиц), мы условно можем наделить способностью к мыслительным процессам. Например, интеллект отдельных видов попугаев может достигать уровня шестилетнего ребенка. Они могут успешно справляться с несложными логическими заданиями. Но, как бы то ни было, природные инстинкты, а не разум, превалируют у представителей высших классов животного мира. С другой стороны, в мире неживой природы созданная человеком современная компьютерная технология значительно превзошла человеческий мозг по эффективности логических, математических и других процессов. В соревнованиях по шахматам чемпионы мира проиграли компьютеру.

Что такое жизнь? Следующий признак жизни представляется наиболее значимым: способность к воспроизводству. Действительно, это очень важная деталь для выживания в природе. Здесь мы сталкиваемся с другой категорией характеристики жизни – ее смыслом. Выжить, то есть сохранить свою сущность и передать ее следующим поколениям себе подобных – это и есть основной смысл жизни. Неважно, что у философов возникает риторический вопрос – а для чего все это нужно? В чем смысл воспроизводства себе подобных? Но, оставим все последующие вопросы (а их можно создавать бесконечно) для философии. Главное, что в вирусологии (а также в других науках о природе) инстинкт выживания способом размножения живых организмов явно присутствует. Хотя и здесь есть немногие исключения. Некоторые виды животных (например, мулы) в результате искусственной селекции не способны к размножению, представляя собой тупиковую ветвь эволюции. С другой стороны, конвейерное производство товаров и его постоянное совершенствование – не является ли они зачатками жизненного процесса выживания? Никто не гарантирует, что развитие науки, особенно нанотехнологий, генной инженерии, не приведет до бесконтрольной репродукции неживых (а может быть…, тут как сказать) объектов. Остается пока незыблемым Энгельсовское определение жизни как способа существования белковых тел. То есть, в основу определения поставлена органика. Причем не просто органика, а очень сложная, структурированная и высокоорганизованная: аминокислоты, нуклеиновые кислоты, нуклеотиды, пептиды, протеины та их вариации (гликопротеины, липопротеины, ферменты, энзимы и великое множество других). И только наивысший взаимосвязанный комплекс органических соединений, который содержит информационный код для своей репродукции в виде ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) или РНК (рибонуклеиновая кислота), к тому же еще и защищенный от неблагоприятных условий обитания специальной протеиновой оболочкой, а также снабженный многочисленными механизмами для внедрения в клетку и развития инфекционного процесса, только такая органика условно может называться жизненным творением. Почему условно? Потому, что, оказывается, мало быть сложной органикой. Она по своей сути должна быть живой. Ведь кусок баранины или свинины – тоже сложная органика, но никак не живая. Живыми можно назвать лишь те органические объекты, которые проявляют свой специфический метаболизм: использование энергии, обмен веществ, стадийный рост и разви -

Что такое жизнь? тие, реагирование на изменение условий обитания, запуск защитных и приспособленческих механизмов выживания. Другими словами живой объект должен себя проявлять своими специфическими свойствами и жизненною силою, которые меняют его самого, совершенствуют и приспосабливают к условиям окружающей среды. Этот процесс, растягивающийся на бесчисленное множество поколений, называется эволюцией. Именно способность к эволюции является неотъемлемым признаком жизни. Здесь имеет место существенная оговорка. Что значит – условно живой? Применительно к высшим организмам этот термин не применим. Они, высшие организмы, могут быть либо живыми, либо нет. Живая курица, несущая яйца, и куриная котлета имеют схожую органическую структуру, однако последняя не может быть живой. Грубо, но факт. Применительно к вирусам термин условно живой можно использовать. Потому, что вирусы в процессе своей эволюции выработали единственно правильную для них программу выживания – внутриклеточный паразитизм. Вирусы могут жить и размножаться только внутри клеток хозяина. Именно внутри клеток с вирусами происходят удивительные метаморфозы: активируются рецепторы для контакта с клеточной мембраной, включаются механизмы для проникновения через мембрану, задействуются «транспортные» средства для обеспечения «трафика» вируса к его основной цели – ядру клетки, сбрасывается защитная протеиновая оболочка, так называемый «плащ» вируса, оголяя геном, который затем беспардонно вмешивается в работу внутриклеточного генетического аппарата (или машины), полностью меняя программу жизнедеятельности клетки. А что же представляет собой вирус вне клетки? Это, опять же таки, сложнейший органический комплекс, который обладает удивительно правильной симметричной структурой. Такой органический внеклеточный комплекс некоторые ученые называют вирионом, а не вирусом. Но, в нем нет жизни. Эта органическая структура очень стабильна, практически неизменна. Отсутствуют потребление энергии, метаболические процессы, замерла эволюция. Никаких признаков жизни вирус не проявляет, тем более - он не может размножаться. Для нас он абсолютно безвреден, но только до тех пор, пока не проникнет внутрь клетки. В таком, «мертвом» состоянии вирусы способны пребыть неограниченное время, теоретически – миллиарды лет.

Можно ли вирус назвать живым объектом? В научном мире имеет место гипотеза «сперматогенного происхождения жизни» на Земле. Вирусам здесь отводится значительная роль. Считается возможным занос на нашу планету жизненных форм из космоса. Вирусы примерно 3,5 – 4,0 миллиарда лет назад могли попасть на Землю вместе с астероидами, метеоритами и прочей космической пылью. Значит, зародившись где-то далеко в недрах Нашей Галактики, жизненные формы в виде вирусов, постоянно путешествуют в поисках благоприятного «дома». На поиски уходят миллиарды лет. Вирусы очень устойчивы к сверхнизким температурам и условиям космического вакуума, поэтому они без проблем выдерживают это путешествие. Лишь высокая радиация, ультрафиолетовое излучение, экстремальные условия (кипячение, стерилизация в сухожаровых шкафах при повышенном давлении), а также воздействие кислот, щелочей и иных агрессивных химических соединений могут убить вирусы. Если в космосе таких факторов нет, и вирусы спрятаны и защищены от внешней радиации где-то в расщелинах космических объектов, то ничто им не угрожает. Но что значит «убить» вирусы? Значит, они все-таки потенциально живые? Да, именно так. Иначе бы мы не разрабатывали различные методы стерилизации. То есть изначальное наше отношение к вирусам – как к живым существам. Таким образом, вирусы ведут «двойную» жизнь. В неживом состоянии вне клеток хозяина, они ждут своего часа. Но при попадании в организм хозяина вирусы мгновенно включают свою жизненную программу.

Происхождение вирусов В конце предыдущей страницы я привожу данные екзит- пола, проведенные Департаментом Микробиологии и Иммунологии Колумбийского Университета (Нью Йорк) среди респондентов, ответивших на один вопрос «Считаете ли Вы вирус живым организмом?». Как видим, ответы распределились на три примерно равные группы: Да – 29%, Нет – 34%, Что-то промежуточное – 32%. Остальные 6% затруднялись с ответом. Вас еще интересует Ваша позиция по этому вопросу? Если Да – продолжайте изучение курса «Вирусология». Хотелось бы коснуться темы происхождения вирусов. Одну из гипотез я привел – «сперматогенное происхождение жизни». Из остальных гипотез заслуживает внимание происхождение вирусов из клеточных форм жизни. Многие ученые утверждают, что вирусы – более ранние формы жизни на нашей планете, потому как имеют более примитивный геном. В отличие от клеточных форм жизни, у которых геном представлен двойной ДНК-спиралью, структура генома вирусов может быть в виде одной нити РНК, хотя известно множество ДНК – вирусов с двойной спиралью. То есть вирусный геном меньший по размеру и проще по своей структуре. Следовательно, вирусы произошли раньше бактерий и других микроорганизмов. Но у меня возникает следующий вопрос. Коль вирусы являются внутриклеточными паразитами, как они могли существовать и эволюционировать без клеточных форм жизни – их естественной среды обитания и источника энергии? Скорее всего вирусы не могли появится на свет раньше клеток. Более достоверной выглядит гипотеза ответвления отдельных фрагментов генетического аппарата доисторических клеточных организмов и формирование на их основе новой формы жизни – вирусной. Так, при гибели клетки, естественно происходит разрушение ее генома, фрагментация и выброс за пределы клеток отдельных «кусков» ДНК-нитей, нуклеотидов и их комплексов. Двойная спираль при этом может разделяться на две отдельные нити. Если такие фрагменты облачены протеинами (а в клеточной цитоплазме протеинов достаточно), они могут длительно сохраняться в окружающей среде. При заглатывании в качестве пищи таких геномных осколков новыми клетками, они могут включится в генный аппарат клетки и вызвать сбой ее программы воспроизводства. Клетка будет производить новое поколение внедренных в нее геномных фрагментов, а заодно и те протеины, которые их облачают.

Вирусы в нашей жизни При многократном повторении таких циклов структура геномных фрагментов – бывших осколков (дериватов) клеточных генов закрепляется, совершенствуется, улучшают свою протеиновую защиту, которая постепенно превращается в надежную оболочку. Таким образом формируется вирус, который затем будет постоянно эволюционировать. Данная гипотеза подтверждается научными исследованиями структуры генов. Наш человеческий генетический аппарат на 8% состоит из фрагментов вирусных геномов. Рассматривается также регрессивная теория происхождения вирусов, согласно которой вирусы сначала были мелкими клеточными формами жизни, то есть более высокоразвитыми в своей структуре. Но эти мелкие клетки приспособились жить внутри крупных и использовать их ресурсы в своей жизнедеятельности. Со временем многие функции их жизнедеятельности отпали за ненадобностью при паразитическом способе жизни. Это привело к деградации клеточных структур и превращению их в вирусы. Данная гипотеза подтверждается присутствием в микромире таких мельчайших бактерий как риккетсии, хламидии и микоплазмы, которые подобно вирусам ведут внутриклеточный образ жизни. Ясно одно: вирусы – древнейшие реликтовые создания. Исследования останков динозавров свидетельствуют и присутствии вирусов в их эпоху. Нет сомнений, что вирусы появились значительно раньше.

Происхождение вирусов Итак, вирусы – это неотъемлемая часть нашей жизни и даже часть генома нашего собственного организма. Теперь я постараюсь сгруппировать и предоставить некоторые факты, показывающие насколько многочисленным и многоликим является мир вирусов. 1. Все формы жизни выживают в море вирусов. Мы едим и вдыхаем миллиарды вирусов постоянно. 2. В каждом миллилитре морской воды содержится более миллиона вирусов. 3. Мы носим вирусные геномы как свой собственный генетический материал. 4. Вирусы инфицируют наших домашних животных, еду, растения, насекомых. Вирусы – это значительная часть экосистемы, инфицируют любую форму жизни, что имеет клеточное строение - «плохие новости, которые завернуты в кусок протеина». 5. Наш организм использует вирусные геномы как свою еду. 6. Число вирусов, окружающих нас ошеломляюще. Вся вода планеты включает бактериофагов. Вес одной частички бактериофага – грамм.

Вирусы среди нас Произведя несложные расчеты можно вычислить биомассу всех бактериофагов планеты: Х = грамм - планетарная биомасса бактериофагов превышает биомассу слонов больше, чем в 1000 раз. Замечу, что речь идет только о бактериофагах, а не о всех вирусах. По своей массе в морских и океанских водах планеты превалируют прокариоты (все клеточные микроорганизмы, в основном бактерии, не имеющие полноценного ядра). Здесь вирусы (синий цвет) занимают скромное положение. Действительно масса бактерий на планете огромна. Представьте себе, что содержимое нашего кишечника – это 2 килограмма бактерий. Однако по абсолютному числу всех единиц вирусы – на первом месте в мире, оставив остальной микромир далеко позади. Биомасса Абсолютное число единиц Прокариоты Простейшие Вирусы

Вирусы среди нас 7. Длина всех земных бактериофагов от головы до хвоста – больше 200 миллионов световых лет. Для сравнения: ближайшая к нам галактика Андромеда отдалена от нас на 2,5 миллиона световых лет. 8. Роль вирусов в нашей земной биосфере еще толком не определена. Четко известно лишь то, что эта роль огромна. Недавно Карл Зиммер (Karl Zimmer) из Сан-Франциско, который занимается популяризацией науки и написал книгу «Планета вирусов», сделал сенсационное заявление. Огромная масса вирусов каждый день инфицирует в водах океана половину всех бактерий. Благодаря процессу распада микробов из атмосферы в океан адсорбируется углекислый газ, который затем расщепляется на кислород и углерод. Углерод оседает на дно океана, а освободивший кислород выходит в атмосферу.

Вирусы среди нас Кроме того экспериментально в лабораториях доказано: инфицирование вирусами морских бактерий изменяет метаболизм последних. Бактерии начинают синтезировать хлорофилл. Они приобретают зеленый цвет. А роль хлорофилла в оксигенации атмосферы Земли хорошо известна. Таким образом, вирусы регулируют климат на планете и соответственно - нашу жизнь. «С каждым вздохом мы поглощаем кислород из океана благодаря вирусам» – заявил Карл Зиммер. 9. Вирусы находятся всюду на планете. Недавно американский сайт объявил о перегрузке антарктического льда вирусами. Исследователи выявили более 10 тысяч видов вирусов в образцах воды озера Лимпопо (Антарктида). Большинство из обнаруженных вирусов – неизвестные раннее. Их отнесли к 12 семействам по современной классификации вирусов. 10. Вирусы занимают первое место на планете не только по своей численности, но и по своему многообразию. В этом отношении они многократно превосходят общую сумму всех остальных представителей живой природы, начиная от риккетсий, хламидий, бактерий, грибов, затем растений и заканчивая животным миром.

Вирусы среди нас 11. Вирусы преодолевают видоспецифические барьеры и делают это постоянно (пример - зоонозные инфекции). То есть они настолько совершенствуют свои механизмы проникновения в клетку, что им становится все равно, кого инфицировать: человека или животных. Например, киты инфицированы вирусами семейства Calicviridae. Этот кишечный вирус (на фотографии внизу слева представлена его структура) вызывает у морских животных диарею, гастроэнтероколиты и покрытие кожи папулами и пузырями. Но киты могут передавать свой вирус людям. Инфицированные киты выделяют с секретом ежедневно вирусов. 11. Сегодня на планете геномов ВИЧ-инфекции. Такая численность свидетельствует про то, что вирусы ВИЧ резистентны ко всем лекарствам, которые мы имеем или будем иметь в будущем.

Вирусы среди нас 12. Удивительно, что преимущественное большинство вирусов, которые нас инфицируют, совсем не влияют на состояние нашего здоровья и самочувствия, или их влияние очень незначительно в основном, благодаря тому, что мы имеем систему защиты. Если подавить иммунную систему (при ВИЧ-инфекции, трансплантации инородных тканей и органов), большинство обычных вирусных инфекций станут смертельными. 13. Каждая клетка нашего организма инфицирована вирусами. Мы имеем тысячи копий старых и новых ретровирусных геномов, интегрированных в нашу ДНК. 8% нашей ДНК построена на старых геномах этих вирусов. Как мы инфицируемся? Каждый из нас наверняка инфицирован приблизительно двумя видами герпес-вируса из девяти известных ученым: HSV-1, HSV-2, VZV, HCMV, EBV, HHV- 7, HHV-8, В virus. Последний – 100% летальный для людей, поэтому все, кто живой, с ним 100% не встречались. Одна встреча с вирусами герпеса (кроме B virus) приводит до пожизненного инфицирования. 14. Мы передаем новые вирусные геномы нашим детям, а они сделают тоже самое со своими детьми. 15. Мы – резервуар вирусов, они – резиденты в нашем организме. Все мы колонизированы разнообразными коронавирусами, риновирусами, аденовирусами. Наш желудочно- кишечный тракт загружен бактериями, которые являются гаванью для своих собственных вирусов. 16. Вирусы существуют с нами с самого начала эволюции человечества. Но, кажется, мы – человечество не являемся на Земле последним звеном в пищевой цепи. Нами питаются вирусы и неимоверное количество иных микроорганизмов, и мы ничего с этим поделать не можем. Не мы являемся хозяевами на планете, как привыкли думать. Планетой управляют вирусы. И если мы, несогласные с этим уничижительным для нас фактом, вдруг задумаем опротестовать его, то мы очень рискуем. Любое вмешательство в экосистему и особенно на уровне микромира чревато глобальной катастрофой.

Вирусная угроза человечеству Вспомните фильмы (их много демонстрировалось по телевидению в декабре 2012 года в ожидании апокалипсиса в связи с завершением отсчета времени по календарю Майя) про 10 катастроф или 10 сценариев гибели человечества. Все фильмы на первое место поставили биологическую причину уничтожения человечества. И речь здесь идет не столько о биотерроризме, сколько о нашей вполне легальной научно-исследовательской деятельности в области микромира. Приведу пример с Интернетовской страницы «Искусственно созданный Судный день» про угрозу пандемии птичьего гриппа. «Ученые обеспокоены тем, что вирус гриппа, который уничтожил птицеводческие хозяйства и диких птиц в Азии, может эволюционировать и стать угрозой для человечества. Сейчас ученые, которые финансируются Национальным Институтом Здоровья, показали в лаборатории, как это может случится. В созданном ими процессе вирус может убить десятки и сотни миллионов людей, если он избежит «заключения» или будет украден террористами. Мы всегда чемпионы в неограниченных научных исследованиях и в открытых публикациях результатов. В таком случае это выглядит так, что исследования никогда не брали на себя обязательств, поэтому потенциальный вред настолько катастрофичен, насколько польза от изучения вирусов умозрительна».

Вирусные постулаты и характеристики Заканчивая эту обширную вступительную часть в предостерегающем об ответственности акценте, я хотел бы показать вирусологию как интегративную дисциплину, а не как описательный набор вирусов и вирусных болезней. Я хотел бы сформировать приятное и уважительное воззрение на этих чудесных молекулярных творений, потому что они – тоже окружающая нас природа со своими законами и принципами.

Вирусные постулаты и характеристики Вирусы – удивительные по своей красоте создания. Теперь, когда основные, но далеко не все факты и характеристики многообразия вирусов представлены, время определиться – кого (или что) мы можем назвать вирусом. По каким основополагающим признакам (постулатам) мы можем соотнести ту или иную органическую субстанцию до обширного королевства вирусов? 1. Вирус – очень маленький инфекционный агент. Размеры вирусов по сравнению с клеткой хозяина в тысячи раз меньше: вирус полиомиелита – 20 нм (нанометров), вирус герпеса – 200 нм.

Вирусные постулаты и характеристики Наибольший из всех известных науке вирусов – mimivirus, который инфицирует амебы. 500 нм в диаметре и 125 нм - длина волокон. Вирус рассматривается через световой микроскоп (черные включения оксаидральной формы, помеченные как MV). Несмотря на крошечные размеры (большинство вирусов имеют меньше 15 генов, некоторые имеют только один ген) вирусы отлично выживают в жестоком мире, используя молекулярную биологию. 2. Вирусные частички – это не живые субстанции (вирионы). 3. Вирусы – химические соединения. Они не могут сами себя репродуктировать. 4. Для репродукции вирусов необходим организм хозяина. Все вирусы – облигатные молекулярные паразиты, которые могут существовать только после репликации в клетки хозяина. 5. Вирусный геном представлен РНК или ДНК. 6. Внутри клетки хозяина вирус направляется на «фабрику» для синтеза новых вирусных частиц из компонентов клетки. 7. Новые поколения вирусов захватывают новые клетки хозяина и инфекционный процесс многократно повторяется. 8. Все вирусы продуцируют информационную РНК (mRNA, m - message - информация, сведения), которая распознается рибосомами хозяина. Информация содержит не только генетический код вируса, но и структуру протеиновой оболочки с ее компонентами для жизнедеятельности вируса. Внутри клетки за счет ее ресурсов запускается производственный процесс синтеза всех необходимых для вируса протеинов.

Вирусные постулаты и характеристики 9. В клетке хозяина для репродукции вирусов задействуются много механизмов и функций: на клеточных рибосомах происходит декодирование информации с информационной РНК, активизируются транспортные средства и механизмы для обеспечения «трафика» вирусов к ядру клетки, митохондрии обеспечивают весь инфекционный цикл необходимой энергией, клеточные энзимы участвуют в репликации и в сборке вирусного генома и многое другое. 10. В отличие от клеточного бинарного деления вирусы размножаются совсем иным способом. Сначала синтезируются в огромном количестве компоненты вирусного генома (соответствует инкубационному периоду болезни), а потом из компонентов синтезируется сам геном. Если, допустим, вновь обнаруженная органическая субстанция, например внутри осколков метеорита, соответствует вышеперечисленным признакам, то эта субстанция является вирусом. Основной вирусный постулат: все вирусы придерживаются трех простых принципов генеральной стратегии выживании: 1. Все вирусы пакуют свои геномы в середине частичек, которые используются для трансмиссии генома от хозяина до следующего хозяина. В голом виде геном не может путешествовать. 2. Вирусный геном включает информацию, которая инициирует и формирует инфекционный цикл вместе с чувствительной (подходящей для этого цикла) клеткой хозяина. Разные вирусы выбирают для своего инфекционного цикла свои клетки: вирусы гепатита поражают только печеночные клетки – гепатоциты. Таким образом в геноме закодирована не только информация про структуру самого генома, но и весь производственный цикл: каким образом перестроить генетический аппарат клетки, какие клеточные ферменты задействовать, где и как включить энергетические ресурсы. 3. Все вирусные геномы способны внедрять себя в популяцию хозяина, чтобы гарантировать себе выживание.

Вирусные постулаты и характеристики Несмотря на только три принципа стратегии, тактика, которую вирусы используют для достижения своей цели, очень разнообразна. Здесь существует бесконечное количество вирусных частичек с поражающей разнообразностью по следующим признакам: - размеры, природа и топология генома; - чужеродность частичек; - невероятная стратегия кодирования: тропизм (похожесть, соответствие, специфичность к приспособлению к тканям и клеткам хозяина); - проявление патогенеза и степени клинических проявлений от бессимптомных форм до летальных. Таким образом, следует еще раз подчеркнуть, что вирусы существуют в природе в двух формах (или фазах жизненного цикла), то есть подобно двуликому Янусу имеют два лица: вирион (неживая субстанция) и геном (внутри клетки – живой организм). Вирусы выживают благодаря большой способности к мутации, а природный отбор отстраняет от жизни плохо адаптированные формы мутантов. Нет лучшей концепции Дарвина «выживает тот, кто лучше приспособлен».

Из истории открытия вирусов С другой стороны, вирусы полностью зависят от своего хозяина и его состояния. Если вирусы будут настолько успешными в борьбе с хозяином, что убьют его, они уничтожат сами себя. Так происходит с вирусом Эбола, который к счастью не имеет глобального распространения благодаря свой непомерной агрессивности. Убивая своих жертв-хозяев, вирус Эбола не оставляет себе шансов на выживание. Если наоборот, вирусы будут настолько пассивными в борьбе, защитные силы хозяина будут успешно задерживать их рост и размножение: вирусы также будут уничтожены. Должен быть установлен баланс между популяцией хозяина и популяцией вируса для выживания обоих, без хозяина вирус существовать не может. Часто случаются существенные колебания и повороты во взаимоотношениях между обеими популяциями. Но об этом речь идет в другом разделе сайта «Биотерроризм», в курсе «Эпидемиология и инфекционные болезни». Знаменательным событием – открытием вирусов научный мир обязан нашему соотечественнику Дмитрию Ивановскому. Этот переломный этап в науке произошел в 1892 году. Великое открытие состоялось благодаря логическому мышлению и упорному желанию добиться истины. Молодой ботаник из Петербурга несколько лет сначала в Бессарабии а потом в Никитском ботаническом саду в Ялте изучал болезнь табака. Табачная мозаика, как она называлась, наносила огромный урон табачной промышленности. В конце 19-го века уже многое было известно про микробы: их можно было видеть в микроскопы, их можно было выращивать на питательных среда, над ними можно было проводить эксперименты по заражению и изучать болезни, которые они вызывают. Уже сформулированы были постулаты Коха, применяемые для доказательства инфекционной природы болезни при постановке диагноза. С этими знаниями и опытом изучения табачной мозаики Д.И. Ивановский приступил к выделению «микроба» на Одесской бактериологической станции. Вот этапы его логического мышления: 1. Ивановский экстрактом из пораженных болезнью листьев табака прививал здоровые растения. Через 15 дней после прививки здоровое растение заболело. Установлено инфекционное начало, которое передается с соком больных растений. Это – хорошо. 2. Ивановский долго рассматривал сок под микроскопом, но ничего там не увидел. Это – плохо. 3. Молодой ученый пытался вырастить инфекционный агент на питательных средах, «засевая» их соком листьев табака. Ничего не получилось. Это – опять плохо, потому как два последних факта противоречат микробным постулатам Коха: микроб должен быть виден в микроскоп, и он должен расти на питательных средах.

Из истории открытия вирусов 4. Ученый решил профильтровать сок через фарфоровый фильтр. Он знал, что фильтр должен задержать микробы и сделать сок безопасным, стерильным. По логике такой очищенный сок не должен заразить здоровые растения. Ивановский решил проверить это и потом думать дальше. Но то, что он получил в эксперименте, заставило его думать в совсем другом направлении. Очищенный сок великолепно вызвал болезнь у здоровых растений. Это – опять же плохо, потому что непонятно, что же заражает растения. Может это какое-то химическое соединение, например токсин, который растворен в соке и проходит через фильтр? 5. Ивановский нагревает профильтрованный сок до º С и вновь пытается заразить им растения. Ничего не выходит. Что это значит? Либо живая субстанция погибает, либо токсин разрушается. Но - уже хорошо! 6. Ивановский логически размышляя решил исключить второй вариант. Если токсин развести, то его вредоносное влияние должно уменьшиться. Для этого он стал разводить инфекционный агент методом «пассажа» - прививание сока от уже зараженного растения – жертвы второму растению, от которого в свою очередь заражаются следующие. Но здесь «две большие разницы имеют место быть». В случае живых микроорганизмов «пассаж» приводит к очистке микробов, их обогащению и увеличению концентрации. В случае токсинов, наоборот очередной «пассаж» приводит к его разбавлению до полного исчезновения. То есть, как рассуждал Ивановский, если в соке содержится токсин, то при «пассажах», процесс распространения инфекции должен прекратиться. Результаты опытов удивили Ивановского. Токсин не «разбавлялся». Инфекция успешно передавалась от одного растения к другому. Это означало, что инфекционный агент размножался в новых растениях с каждым «пассажем». Происходило все в точности так, как при микробных болезнях. В результате решения таких логических задач, Ивановский пришел к выводу, что инфекционный агент, присутствующий в зараженном соке из листьев табака, должен иметь гораздо меньшие размеры, чтобы проходить через поры фильтра. В остальном он проявлял те же свойства микробов, кроме способности выращиваться на питательных средах. Об этом он сделал сообщение в петербургской Академии наук 12 февраля 1892 года. Эта дата и считается началом эры вирусологии.

Из истории открытия вирусов Не будем подробно останавливаться на исторических аспектах вирусологии, об этом много уже написано (одна из лучших книг по данной тематике – «Из истории борьбы против микробов и вирусов» румынских авторов Николае Кожал и Раду Ифтимович, Научное издательство, Бухарест, 1968 г.). Перечислю лишь некоторые существенные даты в развитии вирусологии г. – Лефлер и Фрош открыли новый «фильтрующийся» инфекционный агент – вирус ящура, который передается травоядным животным по механизму «ноги – рот» (foot & mouth) г. – американец Джемс Кэррол выявил еще один фильтрующийся вирус, который вызывал желтую лихорадку. Первый «человеческий» вирус г. – открытие вируса бешенства г. – открытие вирусов полиомиелита и куриной лейкемии г. – открытие вируса саркомы г. – открытие бактериофагов г. – открытие вирусов гриппа. Ученые также закрепили концепцию, что «фильтрующиеся» агенты размножаются только в живых организмах, а не на бульонах.

Из истории борьбы с вирусами По всей видимости, вирусы были известны людям с древнейших времен (вернее, не сами вирусы, а болезни, которые они вызывают). Эмпирический опыт подсказывал людям древней эпохи методы борьбы с болезнями. На древнегреческой вазе слева отображено прижигание раны на руке Гектора после укуса животным. Справа – древнеегипетская табличка с изображением больного полиомиелитом (атрофированная правая нога). Профилактика вирусных инфекций имела начало с 11 века н.э.. Было замечено, что переболевшие оспой люди уже не заболевали этой инфекцией повторно. Инфекционный агент также в те времена не мог быть известным людям. Леди Монтегю, жена английского посла в Византии была ярой пропагандисткой вариоляции как метода профилактики натуральной оспы. На Ближнем Востоке данный метод в начале 18 века уже вошел в практику. Вариоляция проводилась во время массовых пиршеств, когда собирались 15 – 20 человек. Им внутривенно с помощью игл вводилось незначительное количество гноя из оспенных пустул больных людей.

Из истории борьбы с вирусами В 1790 году Эдвард Дженнер впервые проводит оспопрививание (вакцинацию) против натуральной оспы, используя прививочный материал от пустул на вымени коров, больных коровьей оспой. Как видим, настоящая борьба с вирусами, основанная на эмпирических знаниях и международного опыта, началась более 300 лет назад. Она продолжается в наше время, уже имея солидную научную базу знаний о вирусах. Переходя к изложению этих современных знаний в завершении вводной лекции коснемся классификации вирусов. Она построена на 4 – х основных характеристиках вирусов: 1. Природа нуклеиновой кислоты вирусного генома (РНК или ДНК). 2. Тип симметрии протеиновой оболочки (капсида). 3. Наличие или отсутствие липидной мембраны. 4. Размер вирусной частицы. Леди Монтегю будучи уже в Англии в 1721 году в присутствии королевской семьи провела опыт по вариоляции шести преступникам Ньюгетской тюрьмы. Все преступники переболели легкой формой натуральной оспы и впоследствии были выпущены на волю.

Классификация вирусов Все перечисленные характеристики вирусов подробно будут изложены в следующих лекциях. Свыше 46 тысяч вирусов, выделенных из бактерий, растений, животных и, конечно, человека, распределены в соответствие с современной классификацией на 6 типов, 87 семейств, 349 родов и 2284 вида. Но в одной капле морской воды, которая содержит миллион вирусов, большая часть из них еще не известна науке. Известный микромир включает: Бактерии – Грибы – 406 Бактериофаги – Вирусы – 8491 Возбудители инфекций человека – 1425 Другие – 5096 Неопределенные