Вирусы
Наряду с многочисленными болезнетворными бактериями и паразитическими простейшими существуют и другие возбудители заразных болезней человека, животных, растений и даже самих микробов. Они называются фильтрующимися вирусами или просто вирусами. Одна из отличительных особенностей вирусов в том, что их никак не удавалось репродуцировать, т. е. увеличить в числе вне живой ткани. Поэтому для приготовления различных вакцин приходится культивировать возбудителя оспы на коже живых телят, возбудителя бешенства — в мозгу кролика, а вирус гриппа — в тканях куриного зародыша.
Многие вирусы человека, животных и растений оказалось возможным репродуцировать на отделенных от организма кусочках тканей, которые годами с особой тщательностью выращиваются в специальных прозрачных камерах. За последнее время эта техника достигла необычайных успехов. Стало возможным, например, выращивать отдельные клетки высших растений, а потом из одной-единственной такой клеточки снова вырастить целое растение. Исследователи вирусов немедленно использовали это достижение для того, чтобы выяснить характер взаимоотношений клеток хозяина и вирусов, определить, где, в какой части клетки, при каких условиях происходит возникновение вирусных частиц.
Некоторые из вирусов очень заразны. Один из основоположников русской микробиологии — Н. Ф. Гамалея рассказывал о таком случае из своей практики: «В одной больнице лет 60 назад на втором этаже находились больные оспой, а под ними, на первом этаже,— хирургические больные. Было лето. Для проветривания палат окна открывались настежь. Возбудители оспы со струей воздуха проникли в нижнюю палату, и хирургические больные заболели оспой».
Каждому из нас на горьком опыте известно, как легко заразиться гриппом. Больной гриппом чихнул, и вот вместе со слюной изо рта, как из пульверизатора, разлетаются возбудители болезни. Вы вдохнули воздух, в котором парят на пылинках возбудители гриппа. Через 2—3 дня начинается насморк, ломота в суставах, кашель, озноб, поднимается температура,— значит, вы заболели вирусным гриппом.
Очень быстро распространяется вирус мозаичной болезни табака или томатов. На южных плантациях томатов иногда встречается другое вирусное заболевание — столбур. Переносит столбур с больных растений на здоровые цикадка гиалестус обсолетус величиной с маковое семечко. При этом заболевании вместо ярко-желтых цветочных бутонов на томатах появляются какие-то бледно-зеленые и даже фиолетовые уродцы. На веточках измельченные листочки, а плоды на столбурном кусте уродливые, одеревенелые, несъедобные.
Большинство вирусных заболеваний, и в том числе вирусных болезней растений, хорошо изучено. Однако в ряде случаев наблюдались странные явления: некоторые растения поражались вирусами и тогда, когда все известные пути для доступа вирусных частиц были наглухо закрыты. Ученые выяснили, что «беспричинное» заражение вирусами вызвали присутствовавшие в тканях растений гифы и споры некоторых паразитических грибов. Эти грибы наносили двойной вред: они, как это свойственно грибам - паразитам, внедрялись в ткань растения и, кроме того, переносили вирусные частицы с больного растения на здоровое.
Вред от различных вирусных заболеваний не одинаков. Черная оспа, бешенство, полиомиелит — очень опасные заболевания, корь, скарлатина — тяжелые, а ветряная оспа, краснуха — сравнительно легкие.
Почему вирусы называются фильтрующимися?
Первооткрывателем мира вирусов был русский ботаник Д. И. Ивановский. В 1891—1892 гг. он настойчиво искал возбудителя мозаичной болезни табака. Ученый исследовал жидкость, полученную при растирании больных листьев табака. Процеживал ее сквозь бактериальные фильтры, которые не должны были пропустить ни одной бактерии. Терпеливо накачивал Ивановский сок, взятый из листьев табака, больного мозаикой, в полые бактериальные фильтры из мелкопористого фарфора, напоминающие длинные свечи. Стенки фильтра пропотевали прозрачными капельками, стекавшими в заранее простерилизованный сосуд. Легким втиранием ученый наносил на поверхность табачного листа капельку такого профильтрованного сока. Через 7—10 дней у здоровых до этого растений появились несомненные признаки мозаичной болезни. Капелька профильтрованного сока от зараженного растения поражала мозаичной болезнью любой другой куст табака. Заражение могло переходить от растения к растению без конца, как пламя с одной соломенной крыши на другую.
В дальнейшем удалось установить, что и многие другие вирусные возбудители заразных болезней человека, животных и растений способны проходить через бактериальные фильтры. Следовательно, они были меньше самых мельчайших существ — бактерий, их нельзя было разглядеть даже через самые усовершенствованные световые микроскопы. Не сумев их разглядеть, Д. И. Ивановский на основании своих опытов сделал совершенно правильный вывод, что вирусы представляют собой твердые частицы, а не жидкость, как думали другие ученые.
Частицы различных вирусов смогли увидеть через много лет, когда был создан электронный микроскоп. Через окошечко электронного микроскопа, дающего увеличение в сотни тысяч раз, удалось разглядеть форму вирусных частиц и определить их размеры.
Оказалось, что ширина самой маленькой бактерии в 50 раз больше ширины палочковидной частицы вируса мозаики табака. Диаметр шарообразного вируса ящура не превышает 0,01 мкм, а сам-то микрометр — это ведь 0,001 мм! Диаметр частицы вируса гриппа приблизительно в 10 раз больше диаметра частицы вируса ящура.
Теперь известно более 300 вирусных заболеваний человека и животных и столько же вирусных заболеваний растений. Все они широко распространены на земном шаре. Статистика показывает, что с 1929 по 1934 г. на нашей планете вирусными болезнями — гриппом, корью, полиомиелитом и оспой — болело свыше 25 млн. человек. За это же время бактериальными болезнями — брюшным тифом, дизентерией, дифтерией, коклюшем — болело всего 4 млн. По данным мировой статистики за 1961 г., гриппом, корью и инфекционным гепатитом в странах Европы переболело в пять раз больше людей, чем дифтерией, коклюшем, тифами, дизентерией и другими бактериальными болезнями, вместе взятыми.
Есть вирусы, которые поражают бактерий,— это так называемые бактериофаги. Некоторые из них имеют форму головки с хвостиком. Частички бактериофага внедряются в бактериальную клетку, разрушают ее, а сами при этом быстро репродуцируются — умножаются.
Бактериофаги могут применяться для защиты от заразных заболеваний. Дизентерийному больному, например, дают пить жидкость, в которой есть противодизентерийные бактериофаги, уничтожающие дизентерийные палочки в кишечнике. Иногда особые бактериофаги разрушают полезные молочнокислые бактерии и тем самым причиняют немало хлопот на заводах, производящих молочнокислые продукты.
Изучение вирусов— труднейшая задача
Сложную работу ведут ученые, изучающие мир бактерий и других микроорганизмов. Но неизмеримо сложнее труд исследователя вирусов. Чтобы проследить, например, за деятельностью бактерий в клубеньках бобовых растений, микробиологи приготовляют окрашенные срезы — пластинки из ткани этих клубеньков толщиной 2—5 мкм. Бактерии бывают хорошо видны на таком срезе с помощью светового микроскопа. Но даже эти срезы тканей оказывались слишком толстыми для наблюдения за вирусами, поэтому долгое время в электронный микроскоп наблюдали лишь вытяжки из тканей, содержащих вирусы.
В специальных лабораториях есть приборы-автоматы, которые из тканей животных и растений нарезают пластинки толщиной 0,05 мкм и меньше. При современной микроскопической технике можно, например, приготовить 100 срезов из одной клетки бактерии. Рассматривая сверхтонкие срезы в электронный микроскоп, ученые узнают, как вирусы распространяются в организме, как они себя там ведут.
Фильтрующиеся вирусы — одна из наиболее сложных и запутанных загадок природы. В 1935 г. американскому ученому Стенли удалось получить вирус мозаики табака в виде кристаллов. Достаточно ввести в ткань табака или томата ничтожную долю этих кристаллов, даже в виде сильно разбавленного раствора, чтобы произошло заражение. Впоследствии стали получать в кристаллическом виде и другие вирусы растений. Это открытие повлекло за собой новые исследования.
Что же такое вирусы? Одни ученые полагают, что фильтрующиеся вирусы — это живые существа, только еще более мелкие, чем бактерии. Другие считают, что вирусы — просто своеобразные вещества невиданной активности и необычайных свойств. Проникнув в организм, они способны вызвать образование себе подобных. Наконец, третьи ученые утверждают, что вирусы, вызывающие заболевание человека или животных,— живые существа, а вирусы растений — неживые, но очень активные вещества.
Вирусологи в содружестве с биологами, медиками, физиками, химиками упорно стремятся познать природу вирусов. Вот, например, как исследовалось вирусное заболевание клевера, уродующее листья. Единственный переносчик этого заболевания в полевых условиях — насекомое, очень мелкая и юркая цикадка агаллиопсис новелла. Один ученый вскормил цикадку на больном клевере, а потом в течение 5 лет выращивал от этой зараженной цикадки новые поколения на других растениях, не поражаемых вирусом. Таким образом он вырастил 21 поколение. Все подопытные цикадки находились в специальных изоляторах под специальным надзором. И все же они заболели. Следовательно, все они имели единственный источник вируса — первую цикадку, зараженную в начале опыта.
Было подсчитано, что если бы вирус от первой цикадки попал в цикадки двадцать первого поколения, то его разведение (т. е. концентрация вируса в последнем поколении) выражалось бы числом, равным единице с двадцатью шестью нулями, что в действительности немыслимо. Такая концентрация даже для вируса слишком мала. Однако опыт показал, что в цикадках двадцать первого поколения вирусных частиц имелось больше, чем в первой цикадке. В чем же дело? Оказалось, что вирус, вызывающий уродство листьев клевера и заразивший первую цикадку, способен репродуцироваться не только в организме растения, но и в организме насекомого-переносчика. Следовательно, это насекомое не только переносчик вируса, но и его второй хозяин.
Таким образом было опровергнуто утверждение многих специалистов, что между вирусами животных и растений существуют коренные различия.
В 1957 г. на международной встрече ученых, посвященной вопросу о возникновении жизни на Земле, известный исследователь вирусов Стенли сообщил, что в его лаборатории получены кристаллы вируса полиомиелита — детского спинномозгового паралича. Ученый продемонстрировал на экране кристаллы этого вируса. Значит, вирусы животных и человека, подобно вирусам растений, также могут быть истинными кристаллами. После опытов, осуществленных в лаборатории Стенли в 1957 г., многие вирусы животных получены в кристаллическом виде. Кристаллы, конечно, очень мелкие, обнаружены непосредственно в клетках пораженных тканей и даже в мозгу.
Все вирусы отличаются следующими особенностями:
1) они имеют очень малые размеры тела;
2) не имеют клеточного строения;
3) отличаются относительно простым химическим составом (мельчайшие вирусы состоят только из белка и нуклеиновой кислоты);
4) все вирусы проходят особый цикл развития в организме хозяина;
5) не способны репродуцироваться на искусственных питательных средах;
6) в определенных условиях некоторые вирусы способны кристаллизоваться.
Размеры и форма вирусных частиц очень разнообразны. Следует, однако, подчеркнуть их сложное строение и организацию.
Зрелые вирусные частицы (вирионы) способны существовать вне клеток хозяина и очень заразны. Они проникают в клетки восприимчивого хозяина и здесь образуют вегетативные частицы, которые интенсивно репродуцируются. Потом из них возникают вирионы.
Разные вирусы отличаются друг от друга составом белка и составом нуклеиновой кислоты. Очень долго считалось, что вирусы человека и животных содержат только ядерную, дезоксирибонуклеиновую, кислоту (ДНК), а вирусы растений — исключительно протоплазматическую, или рибонуклеиновую, кислоту (РНК). Однако жизнь внесла поправку в эту схему.
В настоящее время установлено, что вирусы полиомиелита, гриппа и вирусных болезней насекомых содержат рибонуклеиновую кислоту. Снова удивили бактериофаги. Одни из них содержат дезоксирибонуклеиновую кислоту, а другие — рибонуклеиновую. Кроме того, частицы бактериофагов слагаются в кристаллы. В лабораториях, искуснейшим образом препарируя вирусные частицы, извлекают из белковой оболочки ниточки нуклеиновой кислоты. Опыты показали, что освобожденная от белков нуклеиновая кислота, подобно вирусу, может вызывать заражение.
Сравнительно недавно за рубежом появилось сообщение, которое потрясло ученых. Судите сами. В пробирочку была взята чистая нуклеиновая кислота вируса мозаики табака. Туда добавили осколки от белков одной бактерии. И вот из этих осколков — аминокислот чужеродного белка и рибонуклеиновой кислоты вируса мозаики табака пока еще не объясненным путем возник вирусный белок, в пробирке получился вирус мозаики табака.
За последние годы были очень хорошо изучены строение и химический состав нуклеиновых кислот и выяснено даже, какие именно частицы молекулы нуклеиновой кислоты ответственны за те или иные свойства того или иного вируса. Вслед за этим экспериментаторы научились видоизменять вирусную частицу с помощью чудесной техники.
Советским и зарубежным ученым удалось репродуцировать вирусы в пробирках в очень сложных, но бесклеточных смесях, куда в качестве затравки было внесено чуть-чуть вирусных частиц. Через два- три часа в пробирках оказались тысячи и сотни тысяч им подобных.
Современная наука близка к расшифровке тайн образования мельчайших вирусных частиц. Познание природы вирусов поможет нам не только победить болезнетворных вирусов, но и понять многие другие тайны жизни.
В последнее время ученые выяснили, что ряд заболеваний растений, так называемые желтухи (закукливание овса и др.), а также некоторые заболевания птиц вызывают не вирусы, как думали раньше, а микоплазмы. Микоплазмы крупнее вирусов (0,1—0,2 мкм), они овальной формы, не имеют твердой оболочки и окружены цитоплазматической мембраной. Большинство форм — паразиты, но есть и сапрофитные формы. Размножаются микоплазмы главным образом делением.
|
