MedBookAide - путеводитель в мире медицинской литературы
Разделы сайта
Поиск
Контакты
Консультации

Жданов В. М., Ершов Ф. И. - Укрощение строптивых: рассказы о вирусах и вирусологии

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
<<< НазадСодержаниеДальше >>>

Так разрушается концепция «вирус как организм», бывшая почти очевидной четверть века назад. Изучение вирусов-сателлитов и дефектных вирусов и особенно учение плазмид позволили отнести все эти образова-я к вирусам. Можно, конечно, сказать, что это вирусы-оДЫ- Но ведь никто не сомневается, что слепой, безру-1 или безногий человек остается человеком. Также К1 оит дело и с дефектными вирусами, и с плазмидами. Последние являются важными компонентами клеток, •отя клетки могут обходиться и без них. Однако самым арадоксальным следствием изучения плазмид на настоящем этапе развития молекулярной биологии является то, ЧТО они могут происходить не только из полноценных (инфекционных) вирусов, но из составных частей клеточного генома.

До сих пор речь шла о вирусах или вирусоподобных образованиях, геном которых, будучи ничтожным по сравнению с клеточными, все же имел довольно большие размеры. Например, мельчайший вирус — фаг ку бета, поражающий кишечную палочку, имеет геном — однонитча-тую РНК с относительной молекулярной массой, немногим больше 1 млн. На нем закодированы три белка: белок капсида, 180 копий которого заключают в полом икосаэдре вирусную РНК, белок А (одна молекула), обеспечивающий созревание вируса и его инфекцион-ность, и белок полимеразы, который реплицирует вирусную РНК- Это один из мельчайших вирусов, и, возможно, недавно открытый третий вирус гепатита (гепатийа ни А, ни В) имеет еще меньшие размеры. .

Вирусологи встретились с еще двумя типами биологических структур, которые проявляют себя как обычные вирусы, вызывая заразные болезни растений и животных, и которые при ближайшем рассмотрении оказались необычными.

К первой группе относятся вироиды — агенты, вызывающие болезни картофеля и других растений. При их изучении оказалось, что инфекционный агент, вызывающий заболевание картофеля, представляет собой сравнительно небольшую молекулу РНК, состоящую из 359 нуклеотидов. Для сравнения скажем, что РНК мельчайшего вируса содержит около 3700 нуклеотидов. НК вироида ковалентно замкнута в кольцо. На такой носительно небольшой молекуле РНК невозможно закодировать даже один белок средних размеров, и действительно, РНК вироидов не обладает кодирующими воиствами. До сих пор не ясно, как происходит репли-ация вироидной РНК. Высказывалось предположение, то она происходит на матрице, образующейся в клетке

ДНК-копии, которая существует в свободном либо в интегрированном с клеточным геном виде. Как бы то ни было, но вироиды накапливаются благодаря деятельности клеточных ферментов, и накопление массы этих своеобразных молекул вызывает болезнь растения.

Что же такое вироид? По своим проявлениям — это типичный вирус, притом инфекционный. Но уж очень смущает совсем небольшие размеры генома этого агента. Между тем вряд ли это аргумент для исключения вирои-дов из мира вирусов. Кто и когда определил минимальные «допустимые» размеры вирусного генома? По остальным свойствам он неотличим от плазмид и дефектных вирусов. Приходится согласиться с тем, что вироид принадлежит к вирусам.

Ко второй группе рассматриваемых агентов относятся возбудитель скрепи и, вероятно, сходные агенты, вызывающие так называемые медленные инфекции человека и животных, вернее некоторые из них. Общим для них является продолжительный (обычно несколько лет) инкубационный период, медленное, длящееся многие годы развитие болезни, в основе которой лежит постепенное разрушение нервных клеток и превращение мозговой ткани в губкообразную структуру.

Попытки идентифицировать агент привели к совершенно неожиданным результатам: он оказался устойчивым ко всем факторам, разрушающим вироид, т. е. нуклеиновую кислоту, и чувствителен к воздействиям, разрушающим белки. Т. О. Дайнер, открывший вироид и сравнивший его с агентом скрепи, предложил назвать его прионом (сокращение английских слов, означающих «белковая инфекционная частица»).

Мы предложили иную гипотезу природы этого агента, согласно которой в клетках человека и животных существуют гены, кодирующие белок агента скрепи и сходных с ним агентов. Эти белки, выполняя какие-то неизвестные функции, одновременно являются и дерепрессорами, т. е. активаторами работы своих же генов. Обычно активирующей частью является небольшая часть белка, поэтому даже при значительных разрушениях белковой молекулы, например при интенсивном ультрафиолетовом облучении, достаточно сохраниться активирующей части белковой молекулы, чтобы вызвать постоянно продолжающуюся активизацию гена и выработку продукта — белка, накопление которого вызывает гибель клеток. Таким образом, в основе заболевания лежит нерегулируемая клеткой работа одного из ее генов, который, оставаясь в составе клеточной ДНК (хромосом), приобретает автономность. Вот уж, поистине, взбесившийся

Так что же такое вирусы?

Итак, мы познакомились с миром вирусов. Он весьма многообразен. К ним относятся и обычные инфекционные вирусы, и мультипартитные вирусы с расчлененным генетическим материалом, и интеграбельные вирусы, которые могут временно стать частью клеточного генома, и вирусы-сателлиты, а также дефектные вирусы, неспособные самостоятельно размножаться, и плазмиды, и вироиды, и, наконец, агенты типа скрепи, вернее, образующие их клеточные гены, ставшие автономными.

Что же объединяет все эти, казалось бы, абсолютно разнородные сущности? Несмотря на большие различия между ними, им можно дать общее определение, охватывающее главные их свойства, — это автономные генетические структуры, которые во внешней среде могут лишь переживать, а настоящая их жизнь возможна только внутри клетки. Конечно же, это не организмы, и этим они отличаются от самых простых паразитических организмов (риккетсий и микоплазм).

Остается ответить на два вопроса: являются ли вирусы одной из форм жизни и почему на них распространяются законы эволюции органического мира? На первый вопрос имеется только один ответ: да, вирусы — это одна из форм жизни, жизни ущербной и неполноценной, но тем не менее жизни. Будучи своеобразными осколками жизни, вирусы являются постоянными спутниками жизни полноценной (от отдельной клетки до многоклеточного организма), и поэтому законы существования и эволюции органического мира распространяются и на них.

Глава 3 «Портретная галерея» вирусов

(о том, что даже вирусы бывают простыми и сложными)

Увидеть вирусы удалось лишь после изобретения электронного микроскопа. Это произошло через 50 лет после открытия вирусов. Электронные микроскопы дают

Рис. 3. Схематическое изображение относительных размеров и формы вирионов ДНК-содержащих и РНК-содержащих вирусов позвоночных:] 1 — оспы; 2 — герпеса; 3 — аденовируса; 4 — паповавируса; 5 — парвовируса; 6 ортомиксовируса; 7 — парамиксовируса; 8 — рабдовируса; 9 — тогавиру- i са; 10—буньявируса; 11—аренавируса; 12—ретровируса; 13—коронави-руса; 14—пикорнавируса и 15—реовируса.

увеличение в десятки и сотни тысяч раз, что позволило преодолеть существовавший ранее барьер видимости. С помощью этого совершенного прибора удалось не только увидеть вирусы, но и определить их размеры, а затем изучить отдельные детали их строения. Образно говоря, вирусы были изучены вдоль и поперек.

Если устроить выставку «портретов» вирусов, то на ней потребуется разместить более 1000 экспонатов: и всем известные вирусы гриппа, оспы, кори, бешенства, и менее известные возбудители цитомегалии и краснухи, и известные лишь специалистам вирусы леса Сёмлики, Чикунгунья, О'нъонг-нъонг. Увеличенные в десятки тысяч раз вирусы напоминают палочки, шарики, многогранники. Таким образом, «портретная галерея» вирусов неискушенному зрителю больше напомнит выставку геометрических фигур.

Давайте сравним «портреты» самых знаменитых вирусов — представителей больших родов и семейств. На рис. 3 они сведены вместе и хотя изображены схематически, все же выдержаны в масштабе. Легко увидеть, что многообразие вирусов касается не только их форм, но и размеров. Среди этих мельчайших представителей микрокосма есть свои Гулливеры и лилипуты.

Самые крупные, например вирусы оспы, приближаются по размерам к небольшим бактериям, самые мелкие (возбудители энцефалита, полиомиелита, ящура) близки к крупным белковым молекулам (например, к молекуле гемоглобина крови). Вирусы могут иметь от, 20 нм до 800 нм в диаметре1 и могут отличаться по объему почти в 30 тыс. раз. Для сравнения вспомним, что самые мелкие клетки крови — эритроциты — имеют диаметр 8000 нм. Значит, вирусы меньше эритроцитов в десятки и сотни раз. В свою очередь клетки организма, в которых размножаются вирусы, обычно намного больше эритроцитов.

Если изобретатель микроскопа А. Левенгук утверждал, что бактерии «в тысячу раз меньше глаза взрослой вши», то для вирусов даже такой своеобразной аналогии из видимого мира подобрать практически невозможно. Чтобы увидеть даже самый крупный вирус, как точку в fofl книге, нужно разместить друг возле друга около млрд вирусных частиц. И даже такие сверхмаленькие

Рис. 4. Икосаэрд — геометрическое тело, лежащее в основе строения многих вирусов.

образования, как вирусы, подразделяют теперь на простые и сложные.

Простые вирусы (аденовирусы, папова - пикорнави-русы и др.) состоят из. белка и нуклеиновой кислоты. Более сложно устроенные вирусы (герпеса, гриппа, коронавирусы и др.) имеют и более сложный химический состав. Кроме белков и нуклеиновых кислот, они содержат сахара, жиры, иногда ферменты. При этом для каждой группы вирусов характерен свой набор компонентов. Все это надежно окружено наружной оболочкой — специальным белковым «чехлом».

Каждый компонент вирусной частицы выполняет определенные функции: белковая оболочка защищает ее от повреждающих воздействий, нуклеиновая кислота отвечает за наследственные и инфекционные свойства и играет ведущую роль в изменчивости вирусов, а ферменты участвуют в их размножении. Обычно нуклеиновая кислота находится в центре частицы и окружена внутренним белковым слоем, или вирусным капсидом, который состоит из определенным образом уложенных однотипных белковых молекул (капсомеров), имеющих симметричные геометрические формы. При кубической симметрии нить нуклеиновой кислоты свернута в клубок, а белковые капсомеры плотно уложены вокруг нее. они-то и образуют правильное геометрическое тело, чаще всего — икосаэдр. Как известно, икосаэдр ограничен 20 равносторонними треугольниками и имеет 12 вершин и 30 ребер (рис. 4).

Так устроено большинство вирусов, опасных для человека, только одни состоят из икосаэдров без наружных оболочек (адено-, папова-, парво-, рео-, пикорнавирусы), а у других икосаэдры представляют собой центральную часть вириона (герпес- и тога-вирусы). При спиральной симметрии нить нуклеиновой кислоты вируса закручена в виде спирали, каждый виток которой покрыт капсоме-рами, тесно прилегающими друг к другу (нуклеокапсид). Спирали упакованы в одну или несколько наружных оболочек. Так устроены орто- и парамиксовирусы — возбудители гриппа и ОРЗ, а также бунья- и коронаро-вирусы.

Еще сложнее строение вируса оспы. В его центре находится «внутреннее тельце», по форме напоминающее ядро клеток высших организмов. Оно состоит из белка и ДНК, окружено наружной оболочкой и содержит одно или два боковых тела и сердцевину. Особенно детально изучено строение вирусов бактерий (бактериофагов), которые состоят из головки и хвоста. Хвост фага одет белковым чехольчиком, от которого отходят длинные тонкие волокна, служащие для прикрепления частицы фага к бактерии.

Форма вирусных частиц настолько постоянна, что по одному их внешнему виду можно сказать, какие заболевания они вызывают. Это показывает практическую важность электронной микроскопии для диагностики вирусных инфекций.

Глава 4 «Кто есть кто» в мире вирусов?

(о вирусном бремени, которое несет современное человечество)

Около половины вирусов, выделенных от человека и животных, способны вызывать разнообразные заболевания. К счастью, число болезней значительно меньше. Посмотрите на табл. 2 и вы легко поймете, в чем тут дело. Оказывается, одну и ту же болезнь могут вызвать разные вирусы, что создает известные трудности для борьбы с вирусными инфекциями и может направить врача по ложному следу. В таблице вирусы распределены в соответствии с принятой теперь классификацией, которая учитывает тип нуклеиновой кислоты (ДНК, РНК), размеры вирионов, строение и другие свойства.

Нас, однако, больше интересует, сколько каждое семейство или род насчитывает представителей, какова вероятность заражения и какие болезни «на совести» у вирусовиз опасных для человека ДНК-содержащих вирусов назовем прежде всего очень грозный в прошлом вирус оспы, над которым совсем недавно удалось одержать блистательную победу, и вирусы герпеса. К ним же относятся большое семейство аденовирусов, вызывающих разнообразные поражения дыхательных путей, вирусы папилломы и полиомы, ответственные за некоторые опухоли животных (роль этих вирусов в патологии человека до конца не выяснена).

Значительно обширнее по числу болезнетворных представителей РНК-содержащие вирусы. Они насчитывают более 800 представителей. Среди них и вирусы гриппа, и гепатита, о которых мы подробно расскажем ниже, и вирусы кори и свинки, и вирусы бешенства, энцефалитов, гастроэнтерита, краснухи, полиомиелита, энцефалитов, геморрагических лихорадок и многие другие.

Пока мы говорили о вирусах, опасных для человека, но для полноты картины следует сказать, что многие вирусы вызывают разнообразные болезни животных. По строению и основным свойствам они очень напоминают приведенные в табл. 2 вирусы человека, хотя «специализируются» на млекопитающих, птицах, рыбах и насекомых.

Даже простое перечисление показывает, что диапазон патологических процессов, вызываемых вирусами, очень широк. Это так называемые генерализованные инфекции (грипп, корь, бешенство, свинка, оспа и др.), местные поражения кожи и слизистых оболочек (герпес, бородавки) и, наконец, злокачественные образования (рак, саркома).

Как правило, вирусы действуют избирательно, обычно поражая определенные органы и ткани (кишечник, миндалины, печень, нервные клетки спинного или головного мозга), поэтому болезни, которые они вызывают, имеют определенную картину (энтериты, ОРЗ, гепатиты, энцефалиты и др.). Таким образом, среди вирусов есть и «универсалы», и «узкие специалисты».

Более научно инфекционные болезни, которые вызываются вирусами, можно разделить на четыре основные группы: 1) кишечные, 2) дыхательных путей, 3) кровяные и 4) наружных покровов. Локализация болезней обычно совпадает с путем передачи возбудителя: через рот (гепатит), воздушно-капельным путем (грипп, корь), в результате укусов насекомых (энцефалиты) или'путем контакта (герпес).

Недавно было обнаружено, что вирусы могут передаваться еще одним путем, который можно назвать

Таблица 2. Вирусы, опасные для человека вертикальным (от матери плоду через плаценту), вызывая очень тяжелые заболевания новорожденных. Подробнее мы познакомимся с этим чуть позже, когда | будем рассказывать о краснухе, цитомегалии, ветряной, оспе и других вирусных болезнях.

Использование антибиотиков резко снизило число заболеваний, вызываемых бактериями и простейшими. При этом удельный вес вирусных инфекций в патологии человека стал заметно возрастать. Распространенными заболеваниями до сих пор остаются грипп, корь, гепатиты, тропические лихорадки, герпес и другие вирусные болезни. Надо сказать, что в природе практически не существует чисто человеческих вирусов — все они близки или аналогичны соответствующим вирусам животных. Иными словами, подавляющее большинство вирусов имеет несколько хозяев. В качестве примера можно привести арбовирусы, одинаково хорошо размножающиеся в клетках насекомых (комары, клещи), человека и млекопитающих. Это определяет сложность их циркуляции в природе. Так, бесконтрольное развитие свиноводства в Японии послужило предпосылкой вспышек японского энцефалита у людей. Важную роль в распространении вирусных инфекций играют, как это установлено в последние годы, перелетные птицы. Они могут переносить вирусы на громадные расстояния, например с одного материка на другой.

А какова вероятность встречи с вирусами? С возбудителями гриппа, кори, свинки, герпеса, цитомегалии, гастроэнтерита и ОРЗ контакты практически обязательны (90—100%); с вирусами, вызывающими гепатит, краснуху, бешенство, везикулярный стоматит, полиомиелит, миокардиты встречи можно избежать. Так или иначе, человек на протяжении всей жизни подвергается опасности заразиться и заболеть какой-либо вирусной инфекцией, хотя и существует определенная возрастная чувствительность.

Еще не родившемуся человеческому плоду грозят два вируса — краснухи и цитомегалии, которые передаются внутриутробно и очень опасны. Новорожденные еще более уязвимы — им угрожают дополнительно вирусы герпеса 1-го и 2-го типа и вирус гепатита В. Грудных детей подстерегают новые опасности: грипп, ОРЗ, полиомиелит, острый гастроэнтерит. Дети чувствительны ко всем вирусным инфекциям, в первую очередь к кори, свинке, рино-, корона-, энтеровирусами и вирусу гепатита А. В зрелом возрасте вирусы несколько отступают -взрослых людей они поражают гораздо реже, но к старости активизируются вновь. Итак, вирусам «все возрасты покорны»; они являются постоянными спутниками человека от рождения (вернее, еще до рождения) до глубокой старости. Считается, что при средней продолжительности жизни в 70 лет около 7 лет (10% всей жизни!) человек болеет вирусными заболеваниями. Отсюда понятно, что экономический ущерб, причиняемый вирусами, огромен. Так, ежегодные потери только в связи с гриппом составляют в нашей стране от 7 до 10 млрд р., а если сюда прибавить потери, связанные с другими вирусными инфекциями, в частности поражающими сельскохозяйственных животных (ящур, чума кур, лейкозы коров и др.) и растения (рак картофеля, карликовость помидоров, табачная мозаика и др.), то эта сумма возрастает во много раз. Но вернемся к людям. Подсчитано, что в среднем человек ежегодно сталкивается с 2—6 вирусными инфекциями, а всего на протяжении жизни вирусы около 200 раз проникают в его организм. К счастью, далеко не все эти встречи заканчиваются болезнями, так как в процессе эволюции организм человека научился успешно справляться с вирусами.

А теперь давайте поближе познакомимся с некоторыми наиболее распространенными вирусными болезнями.

Первая сборная команда вирусов против остального мира

(краснуха, цитомегалия, острые гастроэнтериты)

Мы уже говорили, что еще до рождения эмбриону угрожают краснуха и цитомегалия.

Краснуха. Это, казалось бы, не очень тяжелое заболевание чаще всего поражает детей от 6 мес до 12 лет. Обычно через 2—3 нед после заражения (инкубационный период) на лице ребенка появляется розовая сыпь, которая быстро распространяется на шею и туловище. Особенно хорошо видна она на разгибательных поверхностях рук и ног. Сыпь держится 3—7 дней, после чего быстро и бесследно исчезает. Болезнь мало отражается на общем состоянии ребенка и иногда протекает даже без повышения температуры.

Гораздо опаснее вирус краснухи для еще не родившихся детей. Установлено, что заболевание краснухой женщин, особенно в начале беременности (первые 3 мес), часто приводит к самопроизвольным выкидышам или рождению мертвого плода. By тех случаях, когда ребенок выживает, он может иметь такие врожденные уродства, как глухота, слепота, порок сердца или слабоумие. Так, во время эпидемии краснухи в 1964 г. в США около 30 тыс. новорожденных имели упомянутые серьезные дефекты.

Цитомегалия. Эта вирусная инфекция, опасная для человеческих зародышей, может поражать плод любого возраста и часто приводит к преждевременным родам и мертворожденности. Вирус цитомегалии относится к семейству герпес-вирусов и способен вызывать местные поражения слюнных желез и лимфатических узлов и общие поражения почек, легких, печени, кишечника, мозга, а также гемолитическую болезнь новорожденных. У него есть еще одна особенность — он может длительно пребывать в организме и годами не проявлять болезнетворных свойств. Однако при повреждениях иммунной системы вирус может активироваться, как это наблюдается, например, при пересадках почек, когда для предотвращения реакции отторжения больным дают препараты, подавляющие иммунитет. Это может вызвать активацию цитомегаловируса, который у одних больных может вызвать поражение глаз, у других — воспаление легких, а в отдельных случаях приводить к смертельному исходу.

<<< НазадСодержаниеДальше >>>

medbookaide.ru