Вирусология Лекция 1 Кто они – вирусы?

1. ВирусологияЛекция 1Кто они – вирусы? Проект «Биотерроризм. Стратегия защиты и борьбы. Новое в медицине» Автор проекта В.Остальцев

2. Введение Что такое жизнь? • Уважаемый читатель! Взгляните, пожалуйста, еще раз на название лекции. Вас ничтоне 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.

3. Введение 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.

4. Введение 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 -

5. Введение 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.

6. Введение 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.

7. Введение Происхождение вирусов • В конце предыдущей страницы я привожу данные екзит-пола, проведенные Департаментом Микробиологии и Иммунологии Колумбийского Университета (Нью Йорк) среди 3 345 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.

8. ВВЕДЕНИЕ 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.

9. Введение в вирусологию 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 1030 бактериофагов. Вес одной частички бактериофага – 10-15 грамм.

10. Введение Вирусы среди нас • Произведя несложные расчеты можно вычислить биомассу всех бактериофагов планеты: • 1030 Х 10-15 = 1015 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. Абсолютное число единиц Биомасса Прокариоты Простейшие Вирусы

11. Введение в вирусологию Вирусы среди нас • 7. Длина всех земных 1030 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.

12. Введение в вирусологию 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.

13. Введение в вирусологию 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 1013 вирусов. • 11. Сегодня на планете 1016 геномов ВИЧ-инфекции. Такая численность свидетельствует про то, что вирусы ВИЧ резистентны ко всем лекарствам, которые мы имеем или будем иметь в будущем.

14. Введение в вирусологию 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.

15. Введение в вирусологию 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».

16. Введение в вирусологию 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.

17. Введение в вирусологию 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.

18. Введение в вирусологию 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.

19. Введение в вирусологию 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.

20. Введение в вирусологию 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».

21. Введение в вирусологию 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.

22. Введение в вирусологию 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 60 - 70º 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.

23. Введение в вирусологию 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. • 1898 г. – Лефлер и Фрош открыли новый «фильтрующийся» инфекционный агент – вирус ящура, который передается травоядным животным по механизму «ноги – рот» (foot & mouth). • 1901 г. – американец Джемс Кэррол выявил еще один фильтрующийся вирус, который вызывал желтую лихорадку. Первый «человеческий» вирус. • 1903 г. – открытие вируса бешенства. • 1908 г. – открытие вирусов полиомиелита и куриной лейкемии. • 1911 г. – открытие вируса саркомы. • 1915 г. – открытие бактериофагов. • 1933 г. – открытие вирусов гриппа. Ученые также закрепили концепцию, что «фильтрующиеся» агенты размножаются только в живых организмах, а не на бульонах.

24. Введение в вирусологию 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.

25. Введение в вирусологию 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. 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.

26. Введение в вирусологию 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 – 247 363 Грибы – 406 Бактериофаги – 37917 Вирусы – 8491 Возбудители инфекций человека – 1425 Другие – 5096 Неопределенные - 596146