Популярная медицинская энциклопедия. Москва. «Советская энциклопедия». 1981
В составе вирусной частицы часто обнаруживаются вещества, характерные для клетки, в к-рой размножается В. Напр., у В. гриппа заключительный этап формирования вирусной частицы — своеобразное обволакивание ее слоем клеточной мембраны. Т. о., клетка не только «кормит» и «поит» В., но на прощание еще и «одевает» их.
Последний этап взаимодействия В. и клетки, как правило, непродолжителен. Образовавшиеся полноценные вирусные частицы быстро выходят во внешнюю среду. Весьма своеобразно происходит выход потомства у бактериофагов. Он сопровождается обычно растворением (лизисом) бактериальных клеток под действием особого фермента, к-рый накапливается в клетке параллельно размножению фага и приводит ее к разрушению и гибели. Под микроскопом хорошо видно, как это происходит. Иногда бактерии как бы взрываются, в других случаях в бактерии (в середине или на одном из концов) образуется отверстие, через к-рое вытекает ее содержимое. Из одной погибшей бактерии может освободиться до нескольких сотен новых частиц фага. Процесс размножения фагов продолжается до тех пор, пока не будут уничтожены все чувствительные к этому фагу бактерии. Для В. оспы, полиомиелита, энцефалитов также характерен быстрый выход в окружающую среду сотен, а порой тысяч дочерних вирионов. Другие В. человека и животных (В. герпеса, свинки, реовирусы) выходят из клеток по мере созревания. Эти В. до момента гибели клеток успевают проделать несколько циклов размножения, постепенно истощая синтетические ресурсы клеток и вызывая их разрушение.
В отдельных случаях В. могут накапливаться внутри клеток, образуя кристаллоподобные скопления (В. бешенства, аденовирусы и др.), к-рые называют тельцами включений (рис. 5).
Рис. 5. Скопление вирусов внутри клетки в виде образования с кристаллоподобной структурой (указано стрелками; электронно-микроскопическая картина, х 25 000).
При гриппе, бешенстве, пситтакозе, оспе такие тельца обнаруживают в цитоплазме клеток, при весенне-летнем энцефалите, желтой лихорадке, герпесе и полиомиелите — в ядре; при нек-рых инфекциях тельца включений находили как в ядре, так и в цитоплазме. Исследования последних лет показали, что в подавляющем большинстве случаев эти включения представляют собой колонии В., причем их образование закономерно на определенной стадии размножения возбудителей инфекции. Высокая специфичность внутриклеточных включений при вирусных заболеваниях позволяет использовать этот признак для диагностики. Напр., обнаруженные в нервных клетках головного мозга цитоплазматические включения (так наз. тельца Негри) являются основным доказательством заболевания бешенством, а специфич. образования круглой или овальной формы (так наз. тельца Гварниери), обнаруженные в эпителиальных клетках, указывают на заболевание оспой. Включения описаны также при энцефалите, детском спинномозговой параличе, ящуре и других заболеваниях. Очень своеобразные включения, имеющие кристаллическую форму, образуют вирусы растений.
Т. о., размножение В. происходит особым, ни с чем не сравнимым способом. Сначала вирусные частицы проникают внутрь клеток и освобождаются вирусные нуклеиновые к-ты. Затем заготавливаются детали будущих вирусных частиц. Размножение заканчивается сборкой новых вирусных частиц и выходом их в окружающую среду. Выпадение любого из указанных этапов приводит к нарушению нормального цикла и влечет за собой либо полное подавление размножения В., либо появление неполноценного потомства.
Взаимодействие вирусов с клетками. Формы вирусной инфекции сложны и многообразны. В одних случаях быстро развивается болезнь клеток, к-рая закономерно заканчивается их гибелью, в других — В., проникший внутрь клетки, как бы исчезает и может длительное время не проявлять своего вредоносного действия. Первый тип взаимодействия называется лирической инфекцией, второй — латентной, или маскированной. Названия эти означают, что в первом случае заболевание клеток является острым, протекает быстро и приводит к гибели клеток; при втором имеет место длительное хрон. течение болезни, клетки при этом сохраняют внешне здоровый вид и поэтому такое заболевание трудно распознать. Между этими двумя крайними видами вирусных заболеваний существует множество переходных форм.
При острой инфекции вскоре после контакта с В. начинается разрушение клеток; они сморщиваются и округляются. Постепенно не остается ни одной живой клетки, и на месте цветущей культуры можно обнаружить лишь бесформенные остатки погибших клеток (рис. 6).
Рис. 6. Микропрепарат клеток сердца обезьяны (х 400), погибших через 48 часов после их заражения вирусом: видны бесформенные остатки погибших клеток; справа — нормальные клетки (для сравнения).
Этот процесс напоминает острую инф. болезнь со смертельным исходом. Такую картину могут вызвать вирусы оспы, полиомиелита, яшура и др.
При латентной инфекции В. может оставаться в клетке неопределенно долгое время, не оказывая характерного болезнетворного действия. Больше того, В. может передаваться потомству этой клетки и переходить из поколения в поколение. Сущность происходящего процесса хорошо изучена на модели фаг — бактерия. Уже давно известны бактерии, способные образовывать фаг без заражения, как бы самопроизвольно. Свойство производить фаг они передают по наследству своему потомству. Фаг, полученный из этих так наз. лизогенных бактерий, называют умеренным. Если таким фагом заразить свежие чувствительные бактерии, то размножения фага и гибели микроорганизмов не происходит. Фаг в этих бактериях переходит в неинфекционную форму. Бактерии продолжают хорошо расти на питательных средах, имеют обычную морфологию и отличаются от незараженных только тем, что приобретают устойчивость к повторному заражению. Такие бактерии передают фаг по наследству своему потомству, в к-ром разрушается и погибает только ничтожно малая часть (1 из 10 тыс.) дочерних клеток. Создается впечатление, что в этом случае в борьбе с фагом победила бактерия. Но на самом деле это не так. Когда лизогенные бактерии попадают в неблагоприятные условия или подвергаются облучению ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, воздействию сильных окислителей и т. п., «замаскированный» В. активизируется и переходит в полноценную форму. Большинство клеток при этом распадается и начинает продуцировать В. как при обычной острой инфекции. Это явление называется индукцией, а факторы, ее вызывающие,— индуцирующими факторами.
Явление лизогении исследовали в различных лабораториях мира. Был накоплен большой экспериментальный материал, показывающий, что умеренные фаги существуют внутри бактерий в виде так наз. профагов, представляющих собой объединение ДНК фагов с хромосомами бактерий. Профаг синхронно размножается вместе с клеткой и представляет с ней как бы единое целое. Являясь своеобразной субъединицей клетки, профаги в то же время выполняют свою собственную функцию — они несут генетическую информацию, необходимую для синтеза полноценных частиц данного типа фага. Это свойство профага выявляется, как только бактерии попадают в неблагоприятные условия: индуцирующие факторы нарушают связи между хромосомой бактерии и профаном, активизируют его. Лизогения широко распространена в природе. У нек-рых бактерий (напр., у стафилококков, бактерий брюшного тифа) почти каждый представитель является лизогенным. Отдельные виды лизогенных бактерий (их называют полизогенными) способны выделять до пяти разных типов фага.
В настоящее время доказано, что латентные, или бессимптомные, вирусные инфекции встречаются в природе чаще, чем острые. Практически все известные В. могут выступать как в острой, так и в маскированной форме. У человека и животных латентные инфекции наблюдаются при таких заболеваниях, как герпес, полиомиелит, энцефаломиелит, грипп, инфекционная анемия лошадей. В., вызывающие эти заболевания, могут долго (иногда всю жизнь) оставаться в организме, не обнаруживая своего присутствия. Один из предполагаемых механизмов столь длительного сохранения — интеграция генетического материала В. и клеток, что доказано для ряда РНК- и ДНК-содержащих В. Для таких случаев советским вирусологом В. М. Ждановым предложен термин «интегративные болезни». При ослаблении организма в результате неблагоприятных воздействий (охлаждение, длительное воздействие солнечных лучей, рентгеновские лучи, стрессы, действие канцерогенных веществ и пр.) В. могут активизироваться и проявлять свое болезнетворное действие. Под влиянием перечисленных провоцирующих факторов скрытая бессимптомная вирусная инфекция переходит в явное заболевание.
Онкогенные вирусы. В настоящее время известно ок. 40 В., вызывающих лейкозы («рак крови»), рак и саркому у хладнокровных (лягушки), пресмыкающихся (змеи), птиц (куры) и млекопитающих (мыши, крысы, хомяки, обезьяны). Эти В. названы онкогенными. При введении их здоровым животным закономерно наблюдается развитие злокачественного процесса. Что касается человека, то здесь дело обстоит много сложнее. Основная трудность работы с В.— кандидатами на роль возбудителей рака и лейкоза человека — связана с тем, что подобрать подходящее лабораторное животное обычно не удается. Исключение составляют обезьяны, но здесь возникает другая сложность-обезьяны часто являются носителями своих «обезьяньих» В., к-рые похожи на В. человека, но все же ими не являются. Наличие таких «двойников» зачастую путает картину и затрудняет анализ. К этому следует прибавить, что онкогенные В. сами по себе весьма необычны по свойствам, капризны и склонны «маскироваться».
Советский вирусолог Л. А. Зильбер в 1948—1949 гг. разработал вирусогенетическую теорию происхождения рака. Он предположил, что нуклеиновая к-та В. объединяется (интегрируется) с наследственными аппаратом (ДНК) клетки. Такое внедрение не происходит без последствий: клетка приобретает ряд новых свойств, одно из к-рых — способность к ускоренному размножению. Так возникает очаг молодых быстро делящихся клеток (предрак); они приобретают способность к безудержному росту, в результате чего образуется опухоль.
Онкогенные В. малоактивны. Они не способны разрушить клетку, по могут вызвать в ней наследственные изменения, причем опухолевые клетки как будто бы больше не нуждаются в В. Действительно, в уже возникших опухолях В. часто не обнаруживаются. Это позволило сделать вывод, что В. в развитии опухоли играют как бы роль спички и могут не принимать участия в возникшем пожаре. Действующим началом онкогенных вирусов является нуклеиновая к-та. Это было доказано опытами с клетками, зараженными изолированной ДНК, полученной из вируса полиомы (онкогенный вирус). Нормальные клетки под влиянием вирусной ДНК превращались в опухолевые и после введения в организм лабораторных животных вызывали появление опухолей.
Очень важные открытия, касающиеся механизма возникновения рака, были сделаны совсем недавно. Ранее было замечено, что после заражения клеток онкогенными вирусами наблюдается два необычных явления. Зараженные клетки, как правило, сохраняют нормальный вид, и никаких признаков болезни обнаружить не удается. При этом В. в клетках словно исчезает. «Исчезновение» В. объясняется тем, что его ДНК встраивается в хромосомы клетки и как бы становится одним из клеточных генов. Долгое время было неясно, как могут встраиваться в ДНК хромосом клеток онкогенные РНК-содержащие В.
В 60-х гг. 20 в. советский ученый С. М. Гершензон и амер. ученый Г. Темин предложили парадоксальную гипотезу о синтезе ДНК на матрице РНК. Это было смелое предположение, т. к. оно опровергало основное положение молекулярной биологии об одностороннем переносе информации с ДНК на РНК. Но вскоре был обнаружен специальный фермент — обратная транскриптаза, осуществляющая синтез ДНК на РНК. После возникновения ДНК-копий они объединяются с ДНК клеток и передаются их потомству. Эти так наз. провирусы можно обнаружить в составе ДНК клеток различных животных, зараженных опухолевыми В. По-видимому, они должны были быть и в организме человека. Но вирусологи мира, работая много лет с культурами клеток, полученными из раковых опухолей человека (напр., с клетками HeLа или НеР-2), никогда не пытались искать в них раковые В., хотя это кажется вполне естественным. Эта работа была проделана в Ин-те вирусологии им. Д. И. Ивановского АМН СССР и Ин-те эпидемиологии и микробиологии им. Н. Ф. Гамалеи АМН СССР. Советские исследователи (В. М. Жданов с сотрудниками) обнаружили в раковых клетках человека вирусные частицы, очень похожие на те, что вызывают рак у животных. Оказалось, что новые В. по всем параметрам соответствуют онкогенным. Иммунол. методами было проверено, не являются ли найденные В. случайно занесенными известными онкогенными В. мышей, кур или кошек. Тщательные анализы дали отрицательный ответ. Появилась надежда, что обнаруженные В. могут претендовать на роль «кандидатов», ответственных за рак человека. Совсем недавно было получено важное доказательство правильности такого умозаключения: новая группа В. имеет родственные связи с параллельно открытым в США В., вызывающим рак молочных желез у обезьян. Это очень важное обстоятельство, т. к. оно дает в руки исследователей удобный объект для дальнейших поисков. Итак, открыта новая группа онкогенных вирусов, вызывающих рак у приматов — обезьян, а может быть и у человека.
А как обстоят дела с другим грозным злокачественным заболеванием — лейкозом? Коллективу сотрудников Ин-та экспериментальной патологии и терапии АМН СССР удалось показать, что В. лейкоза человека может вызывать сходное заболевание у двух видов обезьян (макак и павианов). Т. о., был найден соответствующий объект для исследования лейкоза. Появилась реальная возможность изучить все детали болезнетворного процесса, начиная с самых первых его этапов, когда организм еще кажется вполне здоровым. В перспективе наличие такой модели может позволить приступить к разработке способов ранней диагностики и лечения этого заболевания.
Предупреждение и лечение вирусных инфекций. Диапазон патол. процессов, вызываемых В., очень широк (табл.). Здесь и так наз. генерализовапные инфекции (грипп, корь, бешенство, свинка, оспа и др.), и местные поражения кожи и слизистых оболочек (герпес, папилломы), и болезни отдельных органов и тканей (миокардиты, гепатиты, лейкозы), и, наконец, злокачественные образования (рак, саркома).
Классификация основных вирусов и заболевания человека и животных, вызываемые ими
Использование антибиотиков резко снизило число заболеваний, вызываемых бактериями и простейшими. Это привело к тому, что удельный вес вирусных инфекций в патологии человека начал возрастать. Распространенными заболеваниями остаются грипп, корь, инф. гепатит, тропические лихорадки, герпес и другие вирусные болезни. В природе практически не существует чисто человеческих В.— все они близки и аналогичны соответствующим В. животных. Иными словами, подавляющее большинство В. имеет несколько хозяев. В качестве примера можно принести арбовирусы, одинаково хорошо размножающиеся в клетках насекомых (комары, клещи), человека и животных. Это определяет сложность циркуляции В. в природе. Так, бесконтрольное развитие свиноводства в Японии послужило предпосылкой вспышек японского энцефалита у людей. Важную роль в распространении ряда вирусных инфекций играют, как это установлено в последние годы, перелетные птицы. Они могут переносить В. с материка на материк.
Первые попытки борьбы с вирусными заболеваниями были предприняты задолго до открытия В. Суть способа сводится к простой формуле «Бей врага его же оружием». Вирус здесь выступает против вируса. Англ. врач Э. Дженнер заметил, что молочницы, перенесшие оспу коров (заболевание очень легкое), позже не болеют натуральной оспой. В 1796 г. Дженнер попробовал прививать оспу коров (вакцину) здоровым людям и после этой процедуры они пе заболевали оспой. В те далекие времена от оспы умирали ежегодно миллионы людей и открытие Дженнера было чрезвычайно важным. С тех пор прошло много лет. Вторая противовирусная вакцина (так стали называть препараты, защищающие организм от вирусных и бактериальных инфекций) была создана против бешенства франц. ученым Л. Пастером в 1885 г. После открытия В. вакцины из убитых или ослабленных В. стали производить в промышленном масштабе. При введении в организм такие В. не вызывают заболевания, но создают активный иммунитет (или невосприимчивость) к данному В. Этот метод называется вакцинопрофилактикой.
Другим способом защиты человека от В. является использование сывороток, взятых у переболевших людей или специально полученных из крови животных, привитых определенными В. Такие сыворотки содержат антитела-специфические белки, способные нейтрализовать соответствующие В. и создавать т. о. пассивный иммунитет уже через несколько часов после введения. Этот способ используется для предупреждения кори и лечения энцефалитов. Наконец, в последние годы для профилактики нек-рых вирусных инфекций стали использовать интерферон и нек-рые хим. препараты.
Существенной задачей настоящих и будущих исследований является целенаправленный поиск путей активного вмешательства в размножение В. При этом могут преследоваться две противоположные цели: подавление размножения и его стимуляция. Первая цель — конечная задача химиотерапии вирусных инфекций. Ни один из широко распространенных сульфаниламидные препаратов и антибиотиков не подавляет размножение В. (это обстоятельство имеет только то достоинство, что при добавлении таких препаратов к вируссодержащему материалу-мокрота, испражнения и пр.— удается легко отделить В. от сопутствующих бактерий). Вместе с тем противовирусные вакцины и сыворотки могут использоваться в основном лишь как профилактич. средство. Основная трудность, с к-рой сталкиваются прп разработке рациональной химиотерапии вирусных инфекций, заключается в тем, что В. размножаются внутри клеток, используя их системы, поэтому любое воздействие на синтез В. неизбежно приводит к нарушению обмена веществ клеток. В связи с этим большинство препаратов, подавляющих размножение В., параллельно угнетают жизнедеятельность клетки-хозяина.
Клинически пригодные антивирусные препараты до сих пор отсутствуют. Хотя получено уже значительное число антибиотиков и антиметаболитов, обладающих выраженной способностью подавлять развитие В. в пробирке, все эти препараты малоэффективны в организме в безвредных для него концентрациях. Несмотря на небольшое значение антивирусных препаратов для практической медицины, их использование в исследованиях закономерностей размножения В. играло и играет существенную роль. Они позволяют расчленять фазы размножения В., прерывать течение инф. процесса, подавлять отдельные звенья обмена веществ клеток и т. д. Это в свою очередь дает возможность определять продолжительность отдельных этапов размножения В., вычленять разные стадии, устанавливать взаимосвязь между ними, взаимоотношения между синтезом В. и обменом веществ клеток и решать ряд других вопросов.
Стимуляция размножения В. имеет самое непосредственное отношение к производству вирусных препаратов (вакцины, диагностикумы) и накоплению биомассы В. для различных молекулярно-биол. исследований. Размножение В. зависит от множества условий: состава питательной среды, возраста клеток, температуры инкубации, множественности заражения и т. д. Целенаправленное изменение любого из этих условий может значительно повысить вирусный «урожай». Поэтому подбор оптимальных условий, к-рые устанавливаются в каждом случае экспериментально, имеет принципиальное значение для производства вирусных препаратов.
Методы исследования вирусов. В. не растут на искусственных питательных средах. Мясной бульон или мясопептонный агар, на к-ром культивируют большинство бактерий, для В. не годится, поэтому их выращивают спец. методами. В прошлом исследования проводились на лабораторных животных (белые мыши, морские свинки, кролики). Им вводили подозрительный материал и по картине заболевания судили, какой В. его мог вызвать. Затем больных животных забивали, пораженные органы растирали, фильтровали (для отделения искомых В. от бактерий) и вводили здоровым животным. Подобные многодневные, трудоемкие, дорогие и порой опасные эксперименты могли дать лишь очень ограниченную информацию о В. Теперь для размножения и выделения В., кроме лабораторных животных, используют развивающиеся куриные эмбрионы, к-рых нек-рые В. прекрасно размножаются, накапливаясь порой до значительных количеств (нек-рые гриппоподобные В. до миллиарда частиц в см3).
С начала 50-х гг. вирусологи начали широко использовать метод культуры клеток. Клетки живой ткани изолируют друг от друга с помощью фермента (трипсина), переносят в спец. стерильную посуду, добавляют сложную по составу питательную среду и ставят в термостат. Клетки начинают делиться и постепенно покрывают поверхность стекла ровным сплошным слоем. Под микроскопом хорошо видны отдельные клетки, содержащие характерные компоненты (ядра, ядрышки, цитоплазму, оболочку). Если такие клетки заразить В., то можно непосредственно наблюдать их разрушительное действие на клетки. Метод культуры тканей позволил открыть новые В. и изучать взаимодействие В. и клеток. Известны клетки, к-рые культивируются уже много лет во всех вирусологических лабораториях. Например, культуры НеLа и НеР-2, полученные в 50-х гг. из клеток раковой опухоли; культура АС — из ангиосаркомы человека; культура СОЦ — из клеток сердца обезьяны и многие другие.
Нарушение обмена веществ, вызванное размножением В., обычно приводит к глубоким изменениям структур и функций клеток: в одних случаях теряется способность к размножению и росту и клетки в конце концов гибнут; в других — наблюдается злокачественное перерождение клеток (трансформация). Пораженные В. клетки всесторонне исследуются с помощью разнообразных методов — от микроскопии до радиоизотопного анализа. Биохимики анализируют изменение обмена белков, нуклеиновых к-т и других компонентов клетки; цитологи смотрят, как изменяется строение зараженных клеток; генетики определяют, как меняются наследственные свойства клеток и т. д.
Для обнаружения зараженных клеток используются различные приемы вирусологической диагностики: метод флюоресцирующих антител, позволяющий четко определять наличие В. в клетках, к-рые внешне выглядят незараженными; метод учета скорости и характера размножения В., основанный на наблюдениях за разрушением (полным или частичным) клеток, иммунологические реакции (нейтрализации, связывания комплемента) и др.
Полезные вирусы. Существуют и полезные В. Сначала были выделены и испытаны В.— пожиратели бактерий (бактериофаги). Быстро и безжалостно расправлялись они со своими ближайшими родственниками по микромиру: палочки чумы, брюшного тифа, дизентерии, вибрионы холеры буквально таяли на глазах после встречи с этими безобидными на вид вирусами. Вначале их широко применяли для предупреждения и лечения многих инф. заболеваний, вызывавшихся бактериями (дизентерия, холера, брюшной тиф). Однако за первыми успехами последовали неудачи. Это было связано с тем, что в организме человека фаги действовали на бактерии не так активно, как в пробирке. Кроме того, бактерии очень быстро приспосабливались к фагам и становились нечувствительными к их действию. После открытия антибиотиков фаги как лекарство отступили на задний план. Но до сих пор их с успехом используют для распознавания бактерий, т. к. фаги умеют очень точно находить «свои бактерии» и быстро растворять их. Выделенные из организма больного бактерии выращивают на твердой питательной среде, на полученные газоны в разные места вносят так наз. индикаторные фаги (дизентерийные, брюшнотифозные, холерные и др.). Через сутки определяют, какой фаг вызвал растворение бактерий. Если такое действие оказал дизентерийный фаг, значит из организма больного выделены бактерии дизентерии, если брюшнотифозный фаг — бактерии брюшного тифа. Это очень точный метод, к-рый позволяет определять не только вид бактерий, но и их тип.
Полезными оказались В., поражающие животных и насекомых. Несколько лет назад в Австралии остро встала проблема борьбы с дикими кроликами, к-рые быстрее саранчи уничтожали посевы сельскохозяйственных культур и приносили огромный экономический ущерб. Для борьбы с кроликами использовали В. миксоматоза. В течение 10—12 дней этот В. способен уничтожить практически всех зараженных животных. Для его распространения среди кроликов использовали зараженных комаров, к-рые сыграли роль летающих игл».
Можно привести и другие примеры успешного использования В. для уничтожения вредителей. Все знают, какой ущерб приносят гусеницы и жуки-пилильщики. Одни поедают листья полезных растений, другие поражают деревья, угрожая порой садам и лесным массивам. С ними сражаются так наз. В. полиэдроза и гранулоза. На небольших участках их распыляют пульверизаторами, а для обработки больших площадей используют самолеты. Так поступили в Калифорнии при борьбе с гусеницами, к-рые поражали поля люцерны, и в Канаде при уничтожении соснового пильщика. Перспективно также применение В. для борьбы с гусеницами, поражающими капусту и свеклу, а также для уничтожения домашней моли.
