Действие биологических веществ на вирусы

Вирусы в активном состоянии находятся внутри клетки (вирусные частицы) и вне клетки в покоящемся состоянии (вирионы). В период репродукции вирусная частица тесно связана с клеточными элементами, и сохранение ее зависит от устойчивости клетки. Следует отметить, что наиболее полно изучена устойчивость вирионов.

Устойчивость вирусов животных сравнительно хорошо изучена при воздействии внешних факторов: температуры, излучений (ионизирующего, рентгеновского, ультрафиолетового и светового), ультразвука, давления, рН среды, формалина, гидроксиламина, органических растворителей, фенола и др. Для защиты от этих воздействий у вирионов имеется белковая оболочка. Различное строение и химический состав белковых оболочек, характер связей между составными частями вирионов обуславливают неодинаковую устойчивость вирусов. В зависимости от этих особенностей один и тот же фактор может разрушать одни вирионы полностью, другие частично, а на третьи совершенно не оказывать влияния. Например, в кислой среде (рН 3,0…6,0) большая группа миксомирусов проявляет значительную устойчивость, а некоторые вирусы из семейства Picornaviridae быстро инактивируются. Такое же явление наблюдают по отношению к органическим растворителям: те вирионы, в оболочках которых нет липидов, устойчивы к этим веществам, а липидосодержащие вирусы быстро разрушаются при их воздействии.

Избирательная чувствительность вирусов к физико-химическим факторам - это довольно стойкое свойство, которое передается по наследству. Устойчивость вирусов имеет большое практическое значение.

Способность вирусов частично или полностью инактивироваться при воздействии одних факторов и сохранять свои биологические свойства при действии других широко используют в производстве инактивированных вакцин, при дезинфекции, консервации вирусов.

Инактивация вирусов означает полную или частичную утрату их биологической активности (инфекционности и иммуногенности), которая наступает в результате действия физико-химических факторов. При изменении вирусной нуклеиновой кислоты и белка наступает полная инактивация, то есть потеря всех биологических свойств вируса. Когда изменения происходят только в нуклеиновой кислоте или только в белковой оболочке, говорят о частичной инактивации вируса. В первом случае вирус теряет только инфекционные свойства, но сохраняет иммуногенность, во втором случае сохраняется инфекционность.

Все агенты химической и физической природы в той или иной степени вызывают изменения белковой оболочки и нуклеиновой кислоты вызывают изменения белковой оболочки и нуклеиновой кислоты нуклеоида вируса. Характер и степень этих изменений зависят от природы инактивирующего фактора, его дозы, продолжительности действия и от вида вируса.

При инактивации вируса может происходить или расщепление (гидролиз) белков оболочки с последующим распадом ее на отдельные морфологические единицы, или коагуляция и уплотнение белков с сохранением общей структуры оболочки. Расщепление и распад белковой оболочки наблюдают у вирусов при инактивации их в кислой и щелочной среде при продолжительном, но слабом нагревании. При воздействии этих факторов вирусная нуклеиновая кислота обнажается и подвергается разрушительному действию того же фактора, который вызвал распад оболочки или клеточного фермента нуклеазы, постоянно содержащейся в неочищенных тканевых суспензиях вируса. При действии нуклеаз в вирусной нуклеиновой кислоте происходит разрыв связей между остатком фосфорной кислоты и молекулой сахара.

Коагуляция и уплотнение белковой оболочки вирусов происходят при воздействии на них формальдегида, высокой (выше 70 0 С) температуры или фенола. Механизм инактивации вирусов формальдегидом зависит от концентрации и продолжительности воздействия: высокие концентрации вызывают быструю коагуляцию и уплотнение белков, формальдегид не успевает проникнуть внутрь вириона, и вирусная нуклеиновая кислота сохраняет свою инфекционность.

Указанный механизм инактивации вирусов наблюдают и при воздействии высоких температур, а также раствора карболовой кислоты. При низких концентрациях формальдегида уплотнение белковой оболочки наступает не сразу. Вначале формальдегид реагирует не только с белком оболочки, но, проникая в центр вириона, действует и на нуклеиновую кислоту, нарушая ее водородные связи с белком и ковалентные связи аминогрупп пуриновых и пиримидиновых оснований. В результате целостность молекулы нуклеиновой кислоты нарушается, и она теряет свои инфекционные свойства. вирус ветеринария оспа бронхит

Таким образом, в одних случаях коагуляция белковой оболочки сопровождается разрушением нуклеиновой кислоты и у вируса наступает необратимая потеря инфекционности. В других случаях у вирусной нуклеиновой кислоты способность к репродукции сохраняется, однако, при такой инактивации изменения в белковой оболочке часто носят обратимый характер. При соответствующих условиях физико-химические свойства ее восстанавливаются, в результате чего наступает реактивация вируса, то есть восстановление его инфекционности.

В целях инактивации вирусов были испытаны химические и физические агенты, которые действуют преимущественно на нуклеиновую кислоту: I-пропиолактон, гидроксиламин, ультрафиолетовое излучение некоторых красителей (фотодинамическое действие). Эти агенты, проникая через белковую оболочку, не нарушают ее структуру, но сильно повреждают нуклеиновую кислоту, в результате чего вирус теряет свои инфекционные свойства.

Инактивация вирусов во всех случаях представляет собой физико-химический процесс, который происходит в определенной последовательности по законам течения химических реакций. Развитие этого процесса во времени зависит от дозы (или концентрации) инактивирующего фактора, чувствительности вириона, условий инактивации и других причин.

Для уничтожения вирусов используют кипячение, сухой жар, автоклавирование, ультрафиолетовое излучение, растворы фенола, едкого натра, лизола (2…5%), особенно горячие (70…90 0 С).

Температура. Устойчивость разных вирусов к повы­шенной температуре, когда они находятся вне организма хозяина, весьма различна. Характеристи­ка термоустойчивости вирусов обычно дается путем испы­тания инфекционности экстрактов зараженных тканей, выдерживаемых в течение 10 мин при критической темпе­ратуре. Большую роль при этом играют условия, создаю­щиеся в экстрактах. Например, вирус табачной мозаики при рН 7 инактивируется в течение 10 мин при 75° С, но при рН 5,5 за то же время инактивация оказывается неполной даже при 90° С.

По устойчивости к повышенной температуре среди ви­русов исключительное место занимает вирус С1 коровьего гороха, инактивирующийся при температуре, превышаю­щей 108° С (Варид и Плэкидес, 1952). Замораживание зараженных листьев или отжатого из них сока обычно мало повреждает вирусы. Однако в очи­щенных препаратах вирусы менее стойки. Прибавление к таким препаратам глюкозы или солей повышает их устойчивость. Большое значение имеет рН среды. Очищенный препарат вируса табачной мозаики выдерживает повторное замораживание при нейтральной среде, но де­натурируется, если замораживание производится при рН 3.

Многие зоопатогенные вирусы длительно сохраняют активность в замороженном состоянии в условиях среды, богатой органическими веществами. Например, вирус япон­ского энцефалита, находясь в среде, состоящей из 10%-ной суспензии мозга в физиологическом растворе, полностью сохраняет инфекционность в течение года при —70° С, но при комнатной температуре его инфекционность сильно снижается уже через 10 дней. Вирус трахомы при —70° С сохраняется до 6 месяцев. Вирус пситтакоза в высушен­ном состоянии при —75° С сохраняется до года, в то время как при комнатной температуре он инактивируется за не­сколько дней. Вирус гриппа при —70° С сохраняет актив­ность 6 месяцев и, возможно, дольше.

Высушивание. Большинство фитопатогенных вирусов быстро инактивируется при обычном высушивании на воздухе зараженных тканей или сока. Даже вирус табач­ной мозаики, отличающийся высокой стойкостью, при высушивании теряет значительную часть инфекционности. Однако, если инфицированные листья быстро высушивать при 1° С и в дальнейшем выдерживать листья в условиях отсутствия влажности, то и нестойкие вирусы могут со­хранить инфекционность в течение нескольких месяцев или года (вирусы огуречной мозаики 1, кольцевой пятни­стости табака, Y-вирус картофеля).

Для многих зоопатогенных вирусов характерна высо­кая стойкость к быстрому высушиванию. Вирус весенне-летнего клещевого энцефалита, высушенный в вакууме, может храниться не менее 5 лет. Длительно сохраняются в высушенном состоянии вирусы бешенства, лимфоцитарного менингита, оспы, герпеса, гриппа, кори, желтой ли­хорадки, денге. В большинстве случаев устойчивость пере­численных вирусов испытывалась при высушивании их в вакууме. В этих условиях устойчивость фито- и зоопа­тогенных вирусов оказывается близкой.

Ультрафиолетовый свет. Все вирусы быстро инактивируются при действии ультрафиолетового света. Вирусы, инактивированные ультрафиолетовыми лучами, сохраняют нормально присущие им физические свойства и антигенный состав.

Некоторые вирусы после инактивации ультрафиолетовыми лучами могут восстанавливать инфекционность при последующем облучении зараженных тканей видимым све­том. При освещении инактивированного вируса вне клеток хозяина реактивация не происходит. У разных вирусов степень фотореактивации различна; особенно высока она у вирусов кольцевой мозаики капусты, мозаики огурца и кольцевой пятнистости табака. В сходных условиях она выражена у бактериофагов и наблюдается также у неко­торых бактерий и спор грибов,

Ионизирующая радиация. При действии ионизирую­щих радиации на вирусы наблюдается инактивация по­следних, скорость которой зависит от некоторых условий среды. Радиация может возбуждать в растворах, содержащих вирус, образование перекисей, Н и ОН радикалов, инактивирующих вирусы в той или иной степени. Вторич­ный характер этих инактивирующих веществ виден из того, что скорость инактивации вируса может быть сни­жена при добавлении в среду желатина, пептона и других защитных веществ. Однако и в защищенных условиях на­блюдается некоторая постоянная величина инактивации вируса под действием радиации, которая принимается за непосредственный прямой эффект лучей на частицы вируса (Луриа и Икснер, 1941).

Вирусы, имеющие наиболее мелкие частицы, могут, инактивироваться почти при каждой ионизации, происходящей внутри них. Крупные вирусы, представляющие собой более сложную систему, могут переносить несколько ионизации, протекающих внутри их си­стемы. Прямое инактивирующее действие облучения на вирусы определяется дозой радиации и не зависит от тем­пературы или от времени, в течение которого длилось облучение.

Ультразвук. Звуковые волны высокой частоты разру­шают вирус табачной мозаики, взвешенный в жидкостях, содержащих растворенный воздух. При этом происходит разламывание палочковидных частиц вируса на более мелкие фрагменты. Антигенные свойства инактивированного вируса сохраняются, но поведение его в серологиче­ских реакциях меняется. Измельченный ультразвуком вирус связывает большее количество антител, чем ис­ходный препарат.

Гидростатическое давление. Некоторые вирусы проявляют относительно большую устойчивость к высоким давлениям. Давление до 5000 атм слабо повреждает вирус табачной мозаики, находящийся в соке. При этом же давлении водные растворы очищенных препаратов вируса подвергаются сильной инактивации. При действии 8000 атм вирус инактивируется и в соке. Вирус некроза табака менее устойчив и разрушается в соке при давлении в 3000—5000 атм.

Из физических факторов наибольшее влияние на микроорганизмы оказывают: температура, высушивание, лучистая энергия, ультразвук, давление.

Температура: жизнедеятельность каждого микроорганизма ограничена определенными температурными границами. Эту температурную зависимость обычно выражают тремя точками: минимальная (min) температура — ниже которой размножение прекращается, оптимальная (opt) температура — наилучшая температура для роста и развития микроорганизмов и максимальная (max) температура — температура, при которой рост клеток или замедляется, или прекращается совсем. Впервые в истории науки Пастером были разработаны методы уничтожения микроорганизмов при воздействии на них высоких температур.

Оптимальная температура обычно приравнивается к температуре окружающей среды.

Высушивание. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов нужна вода. Высушивание приводит к обезвоживанию цитоплазмы, нарушается целостность цитоплазмагической мембраны, что ведет к гибели клетки. Некоторые микроорганизмы под влиянием высушивания погибают уже через несколько минут: это менингококки, гонококки. Более устойчивыми к высушиванию являются возбудители туберкулеза, которые могут сохранять свою жизнеспособность до 9 месяцев, а также капсульные формы бактерий. Особенно устойчивыми к высушиванию являются споры. Например, споры плесневых грибов могут сохранять способность к прорастанию в течение 20 лет, а споры сибирской язвы могут сохраняться в почве до 100 лет.

Лучистая энергия. В природе бактериальные клетки постоянно подвергаются воздействию солнечной радиации. Прямые солнечные лучи губительно действуют на микроорганизмы. Это относится к ультрафиолетовому спектру солнечного света (УФ-лучи), они инактивируют ферменты клетки и разрушают ДНК. Патогенные бактерии более чувствительны к действию УФ-лучей, чем сапрофиты. Поэтому в бактериологической лаборатории микроорганизмы выращивают и хранят в темноте.

Бактерицидное действие УФ-лучей используют для стерилизации закрытых помещений: операционных, родильных отделений, перевязочных, в детских садах и т. д. Для этого используются бактерицидные лампы ультрафиолетового излучения с длиной волны 200—400 нм.

На микроорганизмы оказывают влияние и другие виды лучистой энергии — это рентгеновское излучение, а-, р- и у-лучи оказывают губительное действие на микроорганизмы только в больших дозах. Эти лучи разрушают ядерную структуру клетки. В последние годы радиационным методом стерилизуют изделия для одноразового использования — шприцы, шовный материал, чашки Петри.

Малые дозы излучений, наоборот, могут стимулировать рост микроорганизмов.

Ультразвук вызывает поражение клетки. Под действием ультразвука внутри клетки возникает очень высокое давление. Это приводит к разрыву клеточной стенки и гибели клетки. Ультразвук используют для стерилизации продуктов: молока, фруктовых соков.

Высокое давление. К атмосферному давлению бактерии, а особенно споры, очень устойчивы. В природе встречаются бактерии, которые живут в морях и океанах на глубине 1000— 10 000 м под давлением от 100 до 900 атм. Сочетанное действие повышенных температур и повышенного давления используется в паровых стерилизаторах для стерилизации паром под давлением.

Влияние химических веществ на микроорганизмы различно. Оно зависит от химического соединения, его концентрации, продолжительности воздействия.

В малых концентрациях химическое вещество может являться питанием для бактерий, а в больших — оказывать на них губительное действие.

Многие химические вещества изспользуются в медицине в качестве дезинфицирующих средств. К ним относятся фенолы, соли тяжелых металлов, кислоты, щелочи. Активность дезинфицирующих веществ не одинакова и зависит от времени экспозиции, концентрации, температуры. В качестве контрольных микроорганизмов для изучения действия дезрастворов используют S. typhi и S. aureus. Виды дезинфекций: профилактическая— для предупреждения и распространения инфекций; текущая — при возникновении эпидемического очага и заключительная — после окончания эпидемической вспышки

Некоторые химические вещества используются в качестве антисептиков. Антисептики — это противомикробные вещества, которые используются для обработки биологических поверхностей. Антисептика — это комплекс мероприятий, направленных на уничтожение микробов в ране или организме в целом, на предупреждение и ликвидацию воспалительного процесса. К антисептикам относятся:препараты йода (спиртовый раствор йода, йодинол, йодоформ, раствор Люголя);соединения тяжелых металлов (соли ртути, серебра, цинка);химические вещества нитрофуранового ряда (фуразо-лидон, фурациллин); окислители (перекись водорода, калия перманганат); кислоты и их соли (салициловая, борная);красители (метиленовый синий, бриллиантовый зеленый).

Открытие вирусов

В 1892 году Д.И. Ивановский (см. Рис. 1), изучая мозаичную болезнь табака (см. Рис. 2), установил, что причиной заболевания является некое инфекционное начало, содержащееся в листьях больных растений, которое проходит через фильтр, задерживающий обыкновенные бактерии. Если профильтрованный сок внести в листья здоровых растений, то они также заболевают мозаичной болезнью.

Рис. 1. Д.И. Ивановский

Рис. 2. Мозаичная болезнь табака

В 1898 году независимо от Ивановского аналогичные результаты получил голландский микробиолог М. Бейеринк. Однако он предположил, что мозаичную болезнь табака вызывают не мельчайшие бактерии, а некое жидкое заразное начало, которое он назвал фильтрующим вирусом.

Размеры вирусов определяются нанометрами (20-200 нм), поэтому их изучение началось после открытия электронного микроскопа. В настоящее время описаны вирусы практически всех групп живых организмов.

Строение вирусов

Вирусы – неклеточные формы жизни. Они состоят (см. Рис. 3) из фрагмента генетического материала (РНК или ДНК), составляющего сердцевину вируса, и защитной оболочки, которая называется капсид. У некоторых вирусов (герпес, грипп) есть дополнительная липопротеидная оболочка – суперкапсид, которая возникает из плазматической мембраны клетки-хозяина.

Рис. 3. Строение вируса

Вирусы не способны к самостоятельной жизнедеятельности. Они могут проявлять свойства живого, только попав в клетку-хозяина. Они используют потенциал и энергию этой клетки для создания своих новых вирусных частиц, следовательно, вирусы являются внутриклеточными паразитами.

Размножение вирусов

Обычно вирус связывается с поверхностью клетки-хозяина и проникает внутрь. Каждый вирус ищет своего хозяина, то есть клетки строго определенного вида. Например, вирус – возбудитель гепатита (желтуха) проникает и размножается только в клетках печени, а вирус эпидемического паротита (свинка) – только в клетках околоушных слюнных желез человека.

Проникнув внутрь клетки-хозяина, вирусная ДНК или РНК начинает взаимодействовать с ее генетическим аппаратом таким образом, что клетка начинает синтезировать белки, свойственные вирусу (см. Рис. 4).

Рис. 4. Схема репродукции вируса

При заражении ретровирусом (например, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ)), у которого в качестве генетического материала используется молекула РНК, наблюдается другая картина. При попадании ретровируса в клетку-хозяина происходит обратная транскрипция. То есть на основе вирусной РНК синтезируется вирусная ДНК, которая встраивается в ДНК человека. Такой тип взаимодействия вируса с клеткой называется интегративным, а встроенная в состав хромосомы клетки ДНК вируса называется провирусом. Далее провирус реплицируется (удваивается) в составе хромосомы и переходит в геном дочерних клеток. Однако под влиянием некоторых физических и химических факторов провирус может выщепляться из хромосомы клетки и переходить к продуктивному типу взаимодействия, то есть синтезировать новые вирусные частицы.

При заражении ВИЧ человек чувствует себя здоровым, пока вирусный генетический материал встроен в хромосому человека. Однако при выщеплении этого вирусного генетического материала из клетки она начинает образовывать новые вирусные частицы, вследствие чего развивается смертельное заболевание – синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД).

Вирусы являются возбудителями большого количества заболеваний человека: корь, грипп, оспа, краснуха, энцефалит, свинка, гепатиты, СПИД. Известен также целый ряд заболеваний растений, вызываемых вирусами, например мозаичная болезнь табака, томатов, огурцов или скручивание листьев картофеля. Всего описано около 500 видов вирусов, поражающих клетки позвоночных животных, и около 300 вирусов растений. Некоторые вирусы участвуют в злокачественном перерождении клеток и тем самым провоцируют онкологические заболевания.

ДНК- и РНК-содержащие вирусы

В зависимости от содержащегося генетического материала вирусы подразделяются на ДНК-содержащие и РНК-содержащие.

Одноцепочные РНК-содержащие вирусы подразделяются на:

1. Плюс-нитевые (положительные). Плюс-нить РНК этих вирусов вы­полняет наследственную (геномную) функцию и функцию информационной РНК (иРНК).

2. Минус-нитевые (отрицательные). Минус-нить РНК этих вирусов выпол­няет только наследственную функцию.

К РНК-содержащим вирусам относятся более
вирусов, вызывающих респираторные заболевания, а также вирус гриппа, кори, краснухи, свинки, ВИЧ. Также существует специфическая группа вирусов – арбовирусы, которые переносятся членистоногими.

Двухцепочные ДНК-содержащие вирусы вызывают такие заболевания, как папиллома человека или герпес, гепатит В (гепатит А и гепатит С вызывается РНК-содержащими вирусами).

ДНК-содержащие вирусы поражают также растения. Они вызывают, например, золотую мозаику бобов или полосатость у кукурузы.

Вирус гепатита С

По своему строению вирус гепатита С – это РНК-содержащий вирус, имеющий сферическую форму, сложно устроенный (см. Рис. 5).

В качестве генетического материала такой вирус содержит линейную однонитчатую молекулу РНК.

Рис. 5. Гепатит С

Вопреки бытующим предрассудкам, подцепить вирус гепатита C невозможно через социальные контакты (поцелуи, объятия), через продукты или воду, через грудное молоко. Вы ничем не рискнете, если разделите с носителем вируса трапезу или напитки. Заразиться гепатитом C можно при контакте с кровью инфицированного человека либо половым путем.

В настоящее время для лечения гепатита С используют два препарата: Интерферон альфа и Рибавирин.

Бактериофаги

Рис. 6. Бактериофаг (Источник)

Особую группу вирусов составляют бактериофаги (или просто фаги), которые заражают бактериальные клетки (см. Рис. 6). Фаг укрепляется на поверхности бактерии при помощи специальных ножек и вводит в ее цитоплазму полый стержень, через который проталкивает внутрь клетки свою ДНК или РНК. Таким образом, генетический материал фага попадает внутрь бактериальной клетки, а капсид остается снаружи. В цитоплазме начинается репликация генетического материала фага, синтез его белков, построение капсида и сборка новых фагов. Уже через 10 мин после заражения в бактерии формируются новые фаги, а через полчаса бактериальная клетка разрушается, и из нее выходят около 200 заново сформированных вирусов – фагов, способных заражать другие бактериальные клетки (см. Рис. 7). Некоторые фаги используются человеком для борьбы с болезнетворными бактериями, вызывающими холеру, дизентерию, брюшной тиф.

Рис. 7. Схема размножения бактериофага (Источник)

Список литературы

1. Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.
2. Биология. 10 класс. Общая биология. Базовый уровень / П.В. Ижевский, О.А. Корнилова, Т.Е. Лощилина и др. – 2-е изд., переработанное. – Вентана-Граф, 2010. – 224 стр.
3. Беляев Д.К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е изд., стереотип. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с.
4. Агафонова И.Б., Захарова Е.Т., Сивоглазов В.И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е изд., доп. – Дрофа, 2010. – 384 с.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Домашнее задание

Если вы нашли ошибку или неработающую ссылку, пожалуйста, сообщите нам – сделайте свой вклад в развитие проекта.

• 16293
• 12,7
• 2
• 4

Обратите внимание!

Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.

Эволюция и происхождение вирусов

В 2007 году сотрудники биологического факультета МГУ Л. Нефедова и А. Ким описали, как мог появиться один из видов вирусов — ретровирусы. Они провели сравнительный анализ геномов дрозофилы D. melanogaster и ее эндосимбионта (микроорганизма, живущего внутри дрозофилы) — бактерии Wolbachia pipientis. Полученные данные показали, что эндогенные ретровирусы группы gypsy могли произойти от мобильных элементов генома — ретротранспозонов. Причиной этому стало появление у ретротранспозонов одного нового гена — env, — который и превратил их в вирусы. Этот ген позволяет вирусам передаваться горизонтально, от клетки к клетке и от носителя к носителю, чего ретротранспозоны делать не могли. Именно так, как показал анализ, ретровирус gypsy передался из генома дрозофилы ее симбионту — вольбахии [7]. Это открытие упомянуто здесь не случайно. Оно нам понадобится для того, чтобы понять, чем вызваны трудности борьбы с вирусами.

Из давних письменных источников, оставленных историком Фукидидом и знахарем Галеном, нам известно о первых вирусных эпидемиях, возникших в Древней Греции в 430 году до н.э. и в Риме в 166 году. Часть вирусологов предполагает, что в Риме могла произойти первая зафиксированная в источниках эпидемия оспы. Тогда от неизвестного смертоносного вируса по всей Римской империи погибло несколько миллионов человек [8]. И с того времени европейский континент уже регулярно подвергался опустошающим нашествиям всевозможных эпидемий — в первую очередь, чумы, холеры и натуральной оспы. Эпидемии внезапно приходили одна за другой вместе с перемещавшимися на дальние расстояния людьми и опустошали целые города. И так же внезапно прекращались, ничем не проявляя себя сотни лет.

Вирус натуральной оспы стал первым инфекционным носителем, который представлял действительную угрозу для человечества и от которого погибало большое количество людей. Свирепствовавшая в средние века оспа буквально выкашивала целые города, оставляя после себя огромные кладбища погибших. В 2007 году в журнале Национальной академии наук США (PNAS) вышла работа группы американских ученых — И. Дэймона и его коллег, — которым на основе геномного анализа удалось установить предположительное время возникновения вируса натуральной оспы: более 16 тысяч лет назад. Интересно, что в этой же статье ученые недоумевают по поводу своего открытия: как так случилось, что, несмотря на древний возраст вируса, эпидемии оспы не упоминаются в Библии, а также в книгах древних римлян и греков [9]?

Строение вирусов и иммунный ответ организма

Рисунок 1. Первооткрыватель вирусов Д.И. Ивановский (1864–1920) (слева) и английский врач Эдвард Дженнер (справа).

Почти все известные науке вирусы имеют свою специфическую мишень в живом организме — определенный рецептор на поверхности клетки, к которому и прикрепляется вирус. Этот вирусный механизм и предопределяет, какие именно клетки пострадают от инфекции. К примеру, вирус полиомиелита может прикрепляться лишь к нейронам и потому поражает именно их, в то время как вирусы гепатита поражают только клетки печени. Некоторые вирусы — например, вирус гриппа А-типа и риновирус — прикрепляются к рецепторам гликофорин А и ICAM-1, которые характерны для нескольких видов клеток. Вирус иммунодефицита избирает в качестве мишеней целый ряд клеток: в первую очередь, клетки иммунной системы (Т-хелперы, макрофаги), а также эозинофилы, тимоциты, дендритные клетки, астроциты и другие, несущие на своей мембране специфический рецептор СD-4 и CXCR4-корецептор [13–15].

Одновременно с этим в организме реализуется еще один, молекулярный, защитный механизм: пораженные вирусом клетки начинают производить специальные белки — интерфероны, — о которых многие слышали в связи с гриппозной инфекцией. Существует три основных вида интерферонов. Синтез интерферона-альфа (ИФ-α) стимулируют лейкоциты. Он участвует в борьбе с вирусами и обладает противоопухолевым действием. Интерферон-бета (ИФ-β) производят клетки соединительной ткани, фибробласты. Он обладает таким же действием, как и ИФ-α, только с уклоном в противоопухолевый эффект. Интерферон-гамма (ИФ-γ) синтезируют Т-клетки (Т-хелперы и (СD8+) Т-лимфоциты), что придает ему свойства иммуномодулятора, усиливающего или ослабляющего иммунитет. Как именно интерфероны борются с вирусами? Они могут, в частности, блокировать работу чужеродных нуклеиновых кислот, не давая вирусу возможности реплицироваться (размножаться).

Причины поражений в борьбе с ВИЧ

Тем не менее нельзя сказать, что ничего не делается в борьбе с ВИЧ и нет никаких подвижек в этом вопросе. Сегодня уже определены перспективные направления в исследованиях, главные из которых: использование антисмысловых молекул (антисмысловых РНК), РНК-интерференция, аптамерная и химерная технологии [12]. Но пока эти антивирусные методы — дело научных институтов, а не широкой клинической практики*. И потому более миллиона человек, по официальным данным ВОЗ, погибают ежегодно от причин, связанных с ВИЧ и СПИДом.

Рисунок 5. Схема развития феномена ADE при вирусных инфекциях. а — Взаимодействие между антителом и рецептором FcR на поверхности макрофага. б — Фрагмент С3 комплемента (компонент комплемента, после присоединения которого весь этот комплекс приобретает способность прилипать к различным частицам и клеткам) и рецептор комплемента (complement receptor, CR) способствуют присоединению вируса к клетке. в — Белки комплемента С1q и С1qR способствуют присоединению вируса к клетке (в составе молекулы C1q имеется рецептор для связывания с Fc-фрагментом молекулы антитела). г — Антитела взаимодействуют с рецептор-связывающим сайтом вирусного белка и индуцируют его конформационные изменения, облегчающие слияние вируса с мембраной. д — Вирусы, получившие возможность реплицироваться в данной клетке посредством ADE, супрессируют противовирусные ответы со стороны антивирусных генов клетки. Рисунок с сайта supotnitskiy.ru.

Подобный вирусный механизм характерен не только для ВИЧ. Он описан и при инфицировании некоторыми другими опасными вирусами: такими, как вирусы Денге и Эбола. Но при ВИЧ антителозависимое усиление инфекции сопровождается еще несколькими факторами, делая его опасным и почти неуязвимым. Так, в 1991 году американские клеточные биологи из Мэриленда (Дж. Гудсмит с коллегами), изучая иммунный ответ на ВИЧ-вакцину, обнаружили так называемый феномен антигенного импринтинга [23]. Он был описан еще в далеком 1953 году при изучении вируса гриппа. Оказалось, что иммунная система запоминает самый первый вариант вируса ВИЧ и вырабатывает к нему специфические антитела. Когда вирус видоизменяется в результате точечных мутаций, а это происходит часто и быстро, иммунная система почему-то не реагирует на эти изменения, продолжая производить антитела к самому первому варианту вируса. Именно этот феномен, как считает ряд ученых, стоит препятствием перед созданием эффективной вакцины против ВИЧ.

Открытие биологов из МГУ — Нефёдовой и Кима, — о котором упоминалось в самом начале, также говорит в пользу этой, эволюционной, версии.

Сегодня не только ВИЧ представляет опасность для человечества, хотя он, конечно, самый главный наш вирусный враг. Так сложилось, что СМИ уделяют внимание, в основном, молниеносным инфекциям, вроде атипичной пневмонии или МЕRS, которыми быстро заражается сравнительно большое количество людей (и немало гибнет). Из-за этого в тени остаются медленно текущие инфекции, которые сегодня гораздо опаснее и коварнее коронавирусов* и даже вируса Эбола. К примеру, мало кто знает о мировой эпидемии гепатита С, вирус которого был открыт в 1989 году**. А ведь по всему миру сейчас насчитывается 150 млн человек — носителей вируса гепатита С! И, по данным ВОЗ, каждый год от этой инфекции умирает 350-500 тысяч человек [33]. Для сравнения — от лихорадки Эбола в 2014-2015 гг. (на состояние по июнь 2015 г.) погибли 11 184 человека [34].

* — Коронавирусы — РНК-содержащие вирусы, поверхность которых покрыта булавовидными отростками, придающими им форму короны. Коронавирусы поражают альвеолярный эпителий (выстилку легочных альвеол), повышая проницаемость клеток, что приводит к нарушению водно-электролитного баланса и развитию пневмонии.

Рисунок 8. Электронная микрофотография воссозданного вируса H1N1, вызвавшего эпидемию в 1918 г. Рисунок с сайта phil.cdc.gov.

Почему же вдруг сложилась такая ситуация, что буквально каждый год появляются новые, всё более опасные формы вирусов? По мнению ученых, главные причины — это сомкнутость популяции, когда происходит тесный контакт людей при их большом количестве, и снижение иммунитета вследствие загрязнения среды обитания и стрессов. Научный и технический прогресс создал такие возможности и средства передвижения, что носитель опасной инфекции уже через несколько суток может добраться с одного континента на другой, преодолев тысячи километров.