Популярная медицинская энциклопедия. Гл. ред. Б.В. Петровский. В 1-м томе. Аборт – Ящур. – М.: "Советская энциклопедия", 1987. – 704 с. С.78-84

ВИРУСЫ – мельчайшие возбудители многочисленных инфекционных заболе­ваний человека, животных, растений и бактерий. Являются внутриклеточ­ными паразитами, не способными к жиз­недеятельности вне живых клеток. Ви­русные инфекционные болезни широко распрост­ранены. С древних времен известны бешенство, оспа (см. Оспа натураль­ная), полиомиелит, грипп. Однако только в 1892 году русский ученый Д. И. Ивановский обнаружил болезне­творное начало, проникавшее сквозь фильтры, которые задерживают осталь­ные виды микроорганизмов. Это откры­тие послужило отправной точкой для создания новой биологической науки – вирусологии.

Вирусы относят к наиболее примитивным формам жизни. Их раз­множение весьма своеобразно и очень не похоже на размножение других жи­вых существ. Обмен веществ у вирусов тесно связан с обменом веществ зара­женных клеток. Вирусы обладают наследст­венностью, которая обусловлена теми же биологическими и химическими струк­турами, что и у других живых организ­мов – нуклеиновыми кислотами. На­конец, вирусы, как и все другие живые суще­ства, способны изменяться и приспосаб­ливаться к меняющимся условиям ок­ружающей среды.

Вирусы могут существовать в двух фор­мах: внеклеточной и внутриклеточной. Вне клеток вирионы (вирусные частицы) не обнаруживают признаков жизни. Попав в организм, они проникают в чувствительные к ним клетки и пере­ходят из покоящейся формы в размно­жающуюся. Начинается сложное и мно­гообразное взаимодействие вируса и клетки, заканчивающееся образованием и вы­ходом в окружающую среду дочерних вирионов.

Болезни, которые вызываются вирусами, лег­ко передаются от больных здоровым и быстро распространяются. Долгое время полагали, что вирусы вызывают острые массовые заболевания. К настоя­щему времени накоплено много доказа­тельств того, что вирусы являются причиной и различных хронических болезней, длящихся годами и даже десятиле­тиями.

Разработка методов изучения вирусов, открытие новых вирусов (теперь их известно около полутора тысяч), определение диапазона их болезнетворных проявле­ний и попытки борьбы с ними были основным содержанием вирусологии первой половины нашего столетия. Именно негативные свойства вирусов, точнее способность вызывать болезни, послужили вначале главным стимулом к их изучению. Но в процессе этой работы были обнаружены многие поло­жительные свойства вирусов, благодаря которым во второй половине 20 в. они стали замечательной моделью для ис­следования фундаментальных проблем биологии. С их помощью были сделаны такие выдающиеся открытия, как рас­шифровка генетического кода и строе­ния нуклеиновых кислот, установлены за­кономерности синтеза белков. Вирусы ока­зались основным инструментом генети­ческой инженерии.

Теперь мы знаем, что по своему строе­нию и свойствам вирусы занимают промежу­точное место между сложнейшими хи­мическими веществами (полимерами, макромолекулами) и простейшими ор­ганизмами (бактериями, риккетсиями, хламидиями).

Методы исследования вирусов. Исто­рически вирусология отпочковалась от микробиологии, и хотя микробиологи­ческая техника не могла быть исполь­зована при работе с вирусами, такие общие принципы, как правила асептики, по­лучение чистых линий, методы титро­вания и, наконец, вакцинация, легли в основу новой науки. Дальнейшее изу­чение наиболее важных свойств вирусов потребовало разработки ряда специ­альных методов. Так, способность вируса проходить через бактериальные фильт­ры стала использоваться для опреде­ления их размеров и очистки (метод ультрафильтрации), малые размеры вируса стимулировали создание более совер­шенных методов микроскопии (элек­тронный микроскоп). Технический арсе­нал вирусологии постепенно обогаща­ется методами физики, химии, генетики, цитологии, молекулярной биоло­гии и иммунологии.

Вирусы удалось измерить и взвесить, опре­делить их химический состав, законо­мерности размножения, место в при­роде, роль в возникновении болезней, а также разработать эффективные ме­тоды борьбы с вирусными инфекциями. Вирусы выращивают специальными метода­ми, путем заражения лабораторных животных, куриных эмбрионов и куль­туры тканей. На заре вирусологии ис­следования проводились на лаборатор­ных животных (белых мышах, морских свинках, кроликах). Им вводили «по­дозрительный материал» и по картине заболевания судили, какой вирус его вы­звал. Для размножения и выделения вирусов, кроме лабораторных животных, ста­ли использовать развивающиеся кури­ные эмбрионы, в которых хорошо размно­жаются некоторые вирусы, накапливаясь по­рой до значительных количеств.

С начала 50-х годов 20 в. был разра­ботан метод культуры тканей: клетки живой ткани разделяют с помощью ферментов, переносят в специальную стерильную посуду, добавляют слож­ную по составу питательную среду и ставят в термостат для роста. Клетки начинают делиться и постепенно по­крывают поверхность стекла ровным сплошным слоем. Если такие клетки заразить вирусом, то можно непосредственно наблюдать их разрушительное действие. Метод культуры тканей позволил от­крыть новые вирусы и изучить взаимодей­ствие вируса и клеток.

Выделение, размножение и определе­ние видовой принадлежности вируса явля­ются основными методами практиче­ской вирусологии. Эта работа состоит обычно из двух основных частей: изу­чения клеток, зараженных вирусом, и иссле­дования выделенных вирусом.

Для обнаружения зараженных кле­ток используются различные приемы вирусологической диагностики: метод флюоресцирующих (светящихся) анти­тел, позволяющий четко определять на­личие вирусы в клетках, которые внешне вы­глядят незараженными; метод учета скорости и характера размножения вирусов, основанный на разрушении (полном или частичном) клеток. Важную роль в диагностике вирусных инфекций игра­ет определение титров специфических антител в сыворотке больных с помощью различных иммунологических реак­ций – нейтрализации, связывания ком­племента, задержки гемагглютинации и др.

Строение и химический состав вирионов. Долгое время о существовании вирусов судили по их болезнетворному дейст­вию. Непосредственно увидеть вирус уда­лось лишь после изобретения электрон­ного микроскопа, дающего увеличение в десятки и сотни тысяч раз. Это про­изошло примерно через 50 лет после открытия вирусов.

Самые крупные вирусы (вирусы оспы) приближаются по размерам к неболь­шим бактериям, самые мелкие (воз­будители энцефалита, полиомиелит, ящура) – к крупным белковым моле­кулам, напр. к молекуле гемоглобина крови. Иными словами, среди вирусов есть свои великаны и карлики. Для измере­ния вируса используют условную величину, называемую нанометром (нм). Один нм составляет миллионную долю мил­лиметра. Размеры разных вирусов варьируют от 20 до нескольких сотен нм. Для сравнения приведем величину са­мых мелких кровяных клеток – эри­троцитов, равную 7000-8000 нм, т. е. вирус меньше эритроцитов в десятки и сотни раз. По внешнему виду тельца вирусов (вирионы) напоминают кубики, па­лочки, шарики, многогранники и нити.

Простые вирусы состоят из белков и нук­леиновой кислоты. Наиболее важная часть
вирусной частицы – нуклеиновая кислота – является носителем генетиче­ской информации. Если клетки челове­ка, животных, растений и бактерий всегда содержат два типа нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновую – ДНК и рибонуклеиновую – РНК (см. Нуклеиновые кислоты), то у разных вирусов обнаружен лишь один тип – или ДНК, или РНК, что положено в основу их классификации. Второй обязатель­ный компонент вириона – белки отли­чаются у разных вирусов, что позволяет рас­познавать их с помощью иммунологиче­ских реакций.

Более сложные по структуре вирусы, кро­ме белков и нуклеиновых кислот, содержат углеводы, липиды. Для каждой груп­пы вирусов характерен свой набор белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Некоторые вирусы содержат в своем составе ферменты.

Каждый компонент вирионов имеет определенные функции: белковая обо­лочка защищает их от неблагоприятных 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 вириона и окружена белковой оболочкой (капсидом), как бы одета в нее (рис. 1). Капсид состоит из определенным обра­зом уложенных однотипных белковых молекул (капсомеров), которые образу­ют симметричные геометрические фор­мы вместе с нуклеиновой кислотой вируса (нуклеокапсид).

Рис. 1. Схематическое изображение строе­ния вирусной частицы (вириона):

1 – РНК или ДНК; 2 – белковая оболочка (капсид);

3 – внешняя оболочка; 4 - кап­сомеры.

В случае кубической (шаровидной) симметрии нуклеокапсида нить нуклеиновой кислоты свернута в клубок, а капсомеры плотно уложены вокруг нее. Так устроены вирусы полиомие­лита, ящура, аденовирусы, реовирусы, риновирусы и др. При спиральной (палочковидной) симметрии нуклеокапсида нить нуклеиновой кислоты вируса закру­чена в виде спирали, каждый ее виток покрыт капсомерами, тесно прилегаю­щими друг к другу. Структуру капсоме­ров и внешний вид вирионов можно наблюдать с помощью электронной мик­роскопии (рис. 2, аи б).

У сложно устроенных вирусов сердцевина в виде туго свернутой спирали покрыта одной или несколькими внешними обо­лочками, в состав которых входят раз­личные вещества. Такое строение име­ют, напр., вируса оспы, гриппа и парагриппа. Особенно подробно изу­чено строение вируса бактерий – бактерио­фагов (фагов), которые состоят из голов­ки и хвоста (рис. 2,в). Хвост фага одет белковым чехольчиком, от которого от­ходят длинные тонкие волокна, играю­щие роль присосок при прикреплении частицы фага к бактерии.

Размножение вирусов. В. относятся к абсолютным паразитам. Это означает, что они не могут существовать, не принося вреда. Основная сфера деятельности вируса клетки, которым любая встреча с вирусом не сулит ничего хорошего. Образно говоря, вирусы убивают тех, кто их кормит, но делают это не сразу, а размножаясь. Рассмотрим простейший пример размножения вируса (рис. 4). Пред­ставим себе некий обобщенный вари­ант вирусной частицы, состоящей из двух основных компонентов – нуклеи­новой кислоты (РНК или ДНК), заключен­ной в белковый чехол (оболочку). Встре­ча вируса с клетками начинается с его ад­сорбции, т. е. прикрепления к кле­точной стенке, плазматической мембра­не клетки. Причем каждый вирион способен прикрепляться лишь к опреде­ленным клеткам, имеющим специаль­ные рецепторы. На одной клетке могут адсорбироваться десятки и даже сотни вирионов. Затем начинается внедрение или проникновение вируса в клетку, которое осуществляет она сама. Этот процесс называется виропексисом. Клетка как бы «втягивает» прикрепившиеся ви­рионы внутрь. Более просто устроенные бактерии не способны сами захватывать вирионы из окружающей среды. Этим, по-видимому, и можно объяс­нить наличие у поражающих их ви­русов (бактериофагов) сложного и совершённого аппарата, подобно шпри­цу, впрыскивающего нуклеиновые кислоты.

Следующий этап – «раздевание» про­никших внутрь клеток вирионов. Для этой цели используется имеющийся в клетках комплекс специальных фер­ментов, которые растворяют белковый че­хол вируса и освобождают его нуклеиновую кислоту. Последняя по клеточным каналам проникает в ядро клетки или остается в цитоплазме клетки. Она не только «руководит размножением вируса, но и определяет его наследственные свойст­ва. Нуклеиновая кислота вируса подавляет соб­ственный обмен клетки и направляет его на производство новых компонентов вируса. С помощью полимераз снима­ются копии родительской нуклеиновой кислоты (транскрипция и репликация). Часть вновь образовавшихся копий соединяется с рибосомами, на которых осуществляется синтез вирусных бел­ков (трансляция).

Рис. 4. Схематическое изображение про­цессов размножения вирусов: 1 – вирус; 2 – проникновение вируса в цитоплазму клетки; 3 – разрушение белковой оболочки вируса и освобождение нуклеиновой кисло­ты; 4 – синтез вирусных компонентов по­томства; 5 – сборка вирионов потомства вируса; 6 – подготовка дочерних вирусных частиц к выходу из клетки.

После того как в зараженной клетке накопится достаточное количество ком­понентов вируса, начинается сборка вирионов потомства или, выражаясь научным языком, процесс композиции. Процесс этот происходит обычно вбли­зи клеточных оболочек, принимающих иногда в нем непосредственное участие. В составе вновь образовавшихся вирио­нов часто обнаруживаются вещества, характерные для клетки, в которой раз­множается вирус. В этих случаях формиро­вание вирионов завершается своеобраз­ным обволакиванием их слоем клеточ­ной мембраны,

Последним этапом взаимодействия вирусов с клетками является выход, или освобождение, новых дочерних вирио­нов из клетки. Для энтеровирусов (ки­шечных вирусов) характерен быстрый выход в окружающую среду сотен, а порой тысяч дочерних вирионов. Дру­гие вирусы человека и животных (ви­русы герпеса, реовирусы, ортомиксовирусы) выходят из клеток по мере созревания. До гибели клеток эти виру­сы успевают проделать несколько цик­лов размножения, постепенно истощая синтетические ресурсы клеток. В отдель­ных случаях вирусы могут накапливаться внутри клеток, образуя кристаллоподобные скопления, которые называют тельцами включений.

При гриппе, бешенстве, оспе такие тельца находят в цитоплазме клеток, при весенне-летнем энцефалите, жел­той лихорадке, герпесе, кори и по­лиомиелите – в ядре, при некоторых инфекциях – и в ядре, и в цито­плазме.

Высокая специфичность внутрикле­точных включений при вирусных за­болеваниях позволяет использовать этот признак для диагностики. Например, обнаруженные в нервных клетках го­ловного мозга цитоплазматические вклю­чения (так называемые тельца Негри) являются основным доказательством заболевания бешенством, а специфические образова­ния круглой или овальной формы (так называемые тельца Гварниери), обнаруженные в эпителиальных клетках, указывают на заболевание оспой. Включения опи­саны также при энцефалите, ящуре и других заболеваниях. Очень своеобразные включения, имеющие кристалли­ческую форму, образуют вирусы расте­ний.

Т. о., размножение вирусов происходит особым, ни с чем не сравнимым спосо­бом. Сначала вирионы проникают внутрь клеток, и освобождаются вирус­ные нуклеиновые кислоты. Затем «заготав­ливаются» детали будущих вирионов. Размножение заканчивается сборкой новых вирионов и выходом их в окру­жающую среду. Выпадение любого из указанных этапов приводит к наруше­нию нормального цикла и влечет за собой либо полное подавление размно­жения вирусов, либо появление неполноцен­ного потомства.

Поразительно, как вирусы, которые в десятки и даже сотни раз меньше клеток, умело и уверенно распоряжа­ются клеточным хозяйством. Для по­строения себе подобных они исполь­зуют клеточные материалы и энергию. Размножаясь, они истощают клеточные ресурсы и глубоко, часто необратимо, нарушают обмен веществ, что в конеч­ном счете является причиной гибели клеток.

Классификация и болезнетворные свойства вирусов. В основу классифи­кации вирусов положены следующие призна­ки: тип нуклеиновой кислоты (ДНК- или РНК-содержашие вирусы), размер, строение, наличие или отсутствие липидов и др. Основные группы вирусов, вызывающих заболевания у человека, представлены в таблице. Как видно из приведенных данных, из более чем 1000 вирусов, вы­деленных от человека и животных к настоящему времени, около половины об­ладает болезнетворными свойствами. При этом вирусы действуют избирательно, обычно поражая определенные органы и ткани кишечника, миндалины, пе­чень, нервные клетки спинного или го­ловного мозга, поэтому болезни, которые они вызывают (энтериты, острые рес­пираторные заболевания, гепатиты, эн­цефалиты и др.), как правило, имеют определенную клиническую картину.

Таблица