Шкідливий» вірус

У 1887 р. у Криму плантації тютюну вразила невідома хвороба: листя рослин покривалося складним абстрактним малюнком, що розтікалося по листку, немов фарба, що переливається з одного аркуша на інший, від однієї рослини до іншої. Сільське господарство зазнало великих збитків.

На місце події було спрямовано випускника Санкт-Петербурзького університету Д. І. Івановського (1864—1903). Молодий учений вирішив з'ясувати, яка бактерія спричиняє хворобу тютюну. Перегляд величезної кількості препаратів, приготованих з екстрактів хворих листків, не приніс удачі. Не вдалося отримати відповідь на запитання: чи є мікроби в екстрактах із ураженого листя? У той же час при зараженні здорового листя соком із хворих (ін'єкції в товщу здорового листя) результат був завжди однаковим: здорове листя хворіло через 10—15 днів. Це нагадувало інкубаційний період, властивий будь-якій інфекції, протягом якого мікроби, розмножуючись, проникають усередину організму та викликають захворювання. Так Івановський став родоначальником нової науки – вірусології.

З того часу, як були відкриті віруси, минуло чимало часу. Але суперечки навколо них не припиняються. Головне питання: «Чи є віруси живими?» Відповідь двояка:

· якщо вважати живий структуру, що містить нуклеїнові кислоти і здатну відтворювати себе, то можна прийняти думку, що віруси живі;
· якщо вважати, що живою є лише структура, що має клітинну будову, тоді віруси – нежива форма матерії (полімери).

А. Ленінджер в «Біохімії» розглядає віруси як структури, що стоять на порозі життя і є стійкими надмолекулярними комплексами, що містять молекулу нуклеїнової кислоти і велику кількість білкових субодиниць,покладених у порядку і які утворюють специфічну тривимірну структуру. Серед найважливіших властивостей вірусів він зазначає:

нездатність до самовідтворення у вигляді чистих препаратів;
здатність керування своєю реплікацією (зараженою клітиною);
широкі варіації вірусів за розмірами, формою і за хімічним складом.

Віруси знаходяться на самому кордоні між живим та неживим. Це свідчить про існування безперервного спектру органічного світу, що ускладнюється, який починається з простих молекул і закінчується найскладнішими системами клітин.

Найближчі сусіди вірусів – хламідії, рикетсії, частково мікоплазми. Довгий час цих паразитів родила з вірусами нездатність розмножуватися на штучних середовищах, фільтрованість. Однак дослідження показали, що за хімічним складом та будовою вони подібні до бактерій.

У клітин тварин, рослин та бактерій на відміну від вірусів є двошарова мембрана, що відокремлює клітину від зовнішнього світу. У вірусів мембрани немає. У рослинних клітин та бактерій (у тому числі хламідій та рикетсій), крім того, є ще й клітинна стінка – «панцир», в який міститься клітина. Мікоплазми мають тільки мембрану. Бактерії розмножуються шляхом бінарного (наполовину) поділу. У вірусів зовсім інший шлях розмноження. Таким чином, ці "сусіди" - не родичі вірусів. Між ними – глибока прірва: немає перехідних, ні проміжних форм.

У той же час сусіди вірусів – біологічні полімери та субструктури клітини. У природі у вільному вигляді їх немає. Загальне вони зі складовими елементами вірусів те, що вони – полімери. Відносно ближче до вірусів деякі клітинні органели: мітохондрії та рибосоми.

«Справжні» сусіди вірусів – фільтруються, реплікуютьсяагенти (пріони). Нуклеїнові кислоти вони не містять, але здатні запускати свій власний синтез, використовуючи генетичну інформацію клітини-господаря. Ці агенти викликають повільно прогресуючі хвороби у людини та тварин. У рослин відомо 11 природних захворювань (наприклад горбкова хвороба картоплі), що викликаються вірусоподібними агентами. Ці агенти, що являють собою маленькі кільцеві РНК, що не містять структурного білка, ні мембрани, віднесли до групи віріовідів.

А. Ленінджер так описує процес інфікування: «У присутності РНК-вірусів рибосоми клітини-господаря переважно зв'язуються не з молекулами РНК клітини-господаря, а з молекулами вірусної РНК. Ці останні починають тепер функціонувати як матриці для синтезу білка вірусної оболонки, а також для синтезу деяких додаткових ферментів, потрібних для реплікації інших структурних компонентів вірусу, і зокрема самої вірусної РНК».

Атака починається із прикріплення хвостів кількох десятків фагів вірусів, що вражають бактерії, до певної частини бактеріальної стінки. Негайно ж лізоцим розчиняє клітинну мембрану. Апарат хвоста вірусу діє на зразок шприца: «м'язи» скорочуються, і нуклеїнова кислота впорскується всередину клітини. Верхній «одяг» вірусу – білковий чохол – залишається зовні клітини. Так завершується окупація бактерій фагами. Цей процес триває лише кілька хвилин.

Нуклеїнова кислота відіграє головну роль у відтворенні фага. Це було доведено німецькими вченими у дослідах із гібридизації вірусів. Однак не всі віруси такі агресивні, як фаги, не всі мають хвіст з набором необхідних для злому клітини інструментів. Як же у цих випадках вірус проникає на чужу територію?

Як не парадоксально, у цих випадкахсама клітина здійснює використання вірусів – вона хіба що заковтує їх. Згадаймо, що протягом еволюції у клітин виробився механізм активного захоплення з навколишнього середовища різних твердих частинок (фагоцитоз) та крапельок рідини (піноцитоз). Цей механізм грає велику роль нормальної життєдіяльності клітини. У разі зустрічі з вірусом відбувається хіба що «самовбивство» клітини. У клітині, інфікованій вірусом, внаслідок його розмноження порушується обмін речовин. Кожна інфікована вірусом клітина виробляє близько 2 тис. нових вірусів. Віруси можуть викликати або хронічну або гостру інфекцію. У першому випадку вірус, що проник у клітину, не видає своєї присутності. Відповідно, і інфікована клітина на вигляд не відрізняється від нормальної. Вірус може інтегруватися в ДНК клітини та при розподілі передаватися її потомству. Отже, клітина при розподілі відтворює вірус. Інтегрований вірус неможливо виявити та виділити з клітини.

У дослідах in vitro на клітинах людини, що культивуються, вдалося відтворити хронічну інфекцію вірусом грипу. Виявилося, що через кілька поколінь у клітинах, що культивуються, ознаки зараження поступово зникали. Зрештою, вірус пропадав і довго не виявляв своєї присутності. Але потім раптово наставала швидка загибель клітин, що свідчить про несподіване «повернення» вірусу. «Втікач» змінився, став агресивнішим, придбав нові згубні для клітин властивості. Змінились і клітини. Вони набули здатності до нестримного зростання, тобто стали злоякісними.

Нові дані породили нові питання. Чи насправді інтегрується геном вірусу в геном клітини? Чому вірус повторно активізується та виходить із «підпілля»?

Подальші дослідження провели на субклітиннихструктурах, виділених із клітин, інфікованих арбовірусами. Арбовірусами називають віруси чотирьох сімейств (тогавіруси, буньявіруси, реовіруси і рабдовіруси), що передаються при укусі кровососними комахами. Нормальний арбовірус складається з трьох частин: нуклеїнової кислоти – РНК та двох оболонок (внутрішньої білкової та зовнішньої білково-ліпідної). Внутрішню оболонку утворюють специфічні білки, а зовнішню – зовнішня мембрана клітини.

У субклітинних структур - незрілих вірусів - немає оболонки. Вони складаються тільки з вірусної РНК і специфічних вірусних білків і є так звані рибонуклеопротеїди (РНП) – комплекси нуклеїнової кислоти та білка. Згодом було виявлено, що РНП викликає інфікування. При виділенні субклітинних структур із інфікованих клітин було отримано ще три типи РНП. При введенні у здорові клітини усі чотири типи РНП викликали утворення нормальних вірусів.

Як пояснити отримані результати? Вірусологи припустили, що, окрім істинно вірусного комплексу, що складається з РНК-вірусного білка, були отримані гібридні РНП-молекулярні химери, у яких нуклеїнова кислота прикрита не тільки вірусними білками, а й клітинними. Для підтвердження цього припущення з нормальних вірусів виділили РНК, додали її до білків неінфікованих клітин та отримали РНП.

При впровадженні чужорідного білка організм людини виробляє захисні антитіла, здатні виявити і нейтралізувати «прибульця». Набагато складніше антитілам знайти та знешкодити псевдовірус – гібридний РНП. Гібридні РНП набувають вираженої стійкості до їх дії. Не виключено, що саме цим пояснюється стійкість незначної частки вірусів до дії антитіл та у природних умовах.

Однак не все так безнадійно. Клітини містять ферментинуклеази, що розщеплюють потрапили в них, клітини, нуклеїнові кислоти. Нуклеази що неспроможні розщепити нуклеїнову кислоту, що у комплексі з білками. Але зараження клітин вірус «роздягається», залишаючи «білковий плащ» зовні. Крім того, при вірусній інфекції активність нуклеаз зростає, тому теоретично вони можуть атакувати та розщепити «голу» вірусну нуклеїнову кислоту.

Тим не менш, вірусні інфекції можливі через здатність нуклеїнової кислоти вірусу утворювати гібридні комплекси з клітинними білками, що захищають її від нуклеаз.

Навряд чи хтось скаже добре слово про віруси. Такі вірусні хвороби, як віспа, грип, поліомієліт, жовта лихоманка та багато інших забрали мільйони людських життів.

Для боротьби з вірусними захворюваннями та відкриття нових можливостей використання властивостей вірусів необхідні глибокі дослідження у галузі біології вірусів, молекулярної біології, імунології, біохімії, біофізики та інших наук.