Беседы о вирусах - Смородинцев Александр Анатольевич (е книги .txt) 📗
Глава II: Портреты вирусов
— Если я правильно понял, вирусы отличаются от микробов тем, что они намного меньше их?
— Да, вирусы настолько малы, что проходят через мельчайшие поры фарфоровых фильтров, которые, как установил еще великий Пастер, отделяют живое от неживого. Через такие фильтры не проникают даже самые маленькие микробы.
— А могут ли вирусы размножаться?
— Ответ на это только один: да, могут, хотя и с обязательной оговоркой — если только им удастся попасть внутрь живой клетки.
С момента открытия первых вирусов ученых не переставал занимать вопрос, еще не решенный окончательно и сейчас: какое же место в природе занимают эти мельчайшие создания? Для наглядности можно сопоставить длину некоторых живых существ: кит — 30 метров, мышь — 5 сантиметров, амеба — 50 микрон, вирус полиомиелита — 27 — 29 миллимикрон.
Таким образом, вирус полиомиелита примерно в миллиард раз меньше кита! Ничтожные размеры вирусов позволили некоторым ученым вообще усомниться в их принадлежности к живым существам. Однако большинство вирусологов согласиться с этим не могло. Они знали, что вирусы проникают внутрь живых клеток, активно там размножаются и производят новое потомство. Именно благодаря этой способности размножаться вирусы были отнесены к живым существам.
Еще со школьной скамьи все хорошо усвоили, что микробы размножаются на искусственных питательных средах. Достаточно внести в стерильный флакон с питательным бульоном небольшую капельку взвеси тех или иных микроорганизмов, как уже через несколько часов бульон помутнеет: под микроскопом можно будет обнаружить тысячи и тысячи новых микроорганизмов. А вот вирусы ни в одной, даже самой высококачественной, питательной среде размножаться не могут. Даже если эта среда содержит весь необходимый для жизни набор аминокислот, витаминов, солей. В этом радикальное отличие вирусов от микробов. Вирусу нужна полноценная живая клетка, и лишь в ней может он размножаться, используя уже готовый обмен веществ клетки.
Микробы способны в течение длительного времени жить или просто сохраняться, чтобы ожить в будущем, в естественных условиях: в земле, в воде, на поверхности любых предметов, например, на коже человека. Для них необходим минимум питательных веществ, а для возбудителя холеры достаточно простой воды в любом водоеме.
Вирусы же вне живых клеток сохраняются только непродолжительное время, лучше на холоде и гораздо хуже в тепле. Если летом на ярком солнечном свету вирусы погибают очень быстро и даже при комнатной температуре переживают максимум полчаса-час, то на арктическом морозе, под толщами льда и снега они способны сохраняться многие годы.
Факты, подтвержденные тысячами и тысячами научных наблюдений, свидетельствовали, что вне живого организма вирусы не размножаются. Отсутствовали аналогии между вирусными заболеваниями и эпидемиями брюшного тифа, вызванными зараженным молоком, или вспышками ботулизма, связанными с употреблением испорченных консервированных продуктов. Вирус должен был обязательно попасть (как правило, достаточно быстро) из живых клеток одного существа в новые чувствительные клетки другого существа.
При любом инфекционном процессе, вызванном вирусами, о болезни следует думать как о чем-то, что один человек получил от другого человека, одно животное от другого животного. Все симптомы болезни, которые вирус вызывает у зараженного человека, связаны с вовлечением в инфекционный процесс тех или иных групп клеток, чувствительных к вирусу и способных поддержать его размножение.
Вирусы, вызывающие обычную простуду, размножаются, как правило, в клетках верхнего дыхательного тракта. В результате начинается насморк и кашель. Вирус полиомиелита попадает в организм человека через рот и размножается исключительно в клетках тонкого кишечника. Оттуда проникает в нервную систему, где и поражает клетки, ведающие двигательными функциями мышц. В результате развивается паралич ног, рук и даже дыхательной мускулатуры.
Есть много болезней, для возбудителей которых естественным хозяином является любое другое животное, но не человек. Наиболее яркий пример — величайшие эпидемии «черной смерти» в средние века, вызванные микробами чумы, которые выживали в течение столетий, паразитируя на полевых мышах в Центральной Азии. Когда представлялась возможность, чумные микробы поселялись в организме черной домашней крысы проникали в жилища людей и заражали их.
В противоположность микробам для каждого вируса существует свой вполне постоянный и достаточно ограниченный круг животных, растений, насекомых и даже микробов, которых он поражает. Заражая живое существо, вирусы размножаются только в клетках определенных тканей или органов, а не в любом участке организма.
В 30-х годах почти одновременно появились в печати две научные статьи, одна из Англии, другая из Советского Союза. К. Смит и А. Смородинцев доказали, что грипп у людей вызывают вирусы, а не микробы, как это считалось раньше. С тех пор прошло более 40 лет. Выделено много вариантов вирусов гриппа, все они досконально изучены. Ученые подобрали удобную для изучения лабораторную модель — белую мышь. Установили, что в легких этих животных вирусы гриппа интенсивно размножаются. Однако это происходило, только когда вирус гриппа вводили мышке в нос. Если же ее пытались заразить инъекцией вирусной суспензии под кожу, внутривенно или в брюшную полость, вирус гриппа не приживлялся и не размножался.
— Если увидеть вирус внутри клетки с помощью микроскопа нельзя, то как это сделать?
— К сожалению, обычный микроскоп, хотя он и увеличивает предметы более чем в тысячу раз, перед вирусом бессилен,
— Как же тогда получить «портрет» вируса, разглядеть его внутреннее устройство?
— Наука создала для этого электронный микроскоп, ультрацентрифугу и другие сложнейшие приборы.
Уже на первых этапах развития вирусологии ученые столкнулись с непреодолимой трудностью: увидеть вирусы с помощью микроскопа не удавалось. Изучали материалы, которые наверняка содержали живые вирусы, потому что с их помощью легко заражались лабораторные животные или растения, однако никаких вредоносных возбудителей там видно не было. Еще совсем недавно это считали одним из главных свойств вирусов и их отличий от микроорганизмов.
Большие усилия были затрачены для преодоления невидимости вирусов, делавшей их малодоступными для изучения. Путь к этой победе оказался достаточно долгим.
Трудность заключалась в том, что вирусы имеют ничтожно малые размеры — от 10 до 300 нанометров. Казалось бы, почему не сделать микроскоп с еще более сильными линзами, которые смогли бы увеличить предмет не в тысячу, а в 10 тысяч или 50 тысяч раз? Однако все упиралось в непреодолимость физических законов.
Законы оптики безоговорочно утверждают, что при любом освещении, которое используют в оптическом микроскопе, можно увидеть только объекты с поперечником больше длины волны света. У дневного света длина волны составляет 400—700 нанометров, следовательно, вирусы невозможно увидеть ни в один обычный микроскоп, каким бы совершенным он ни был.
На помощь вирусологам приходит электронный микроскоп, теорию устройства которого и первые образцы создают в конце 30-х годов, перед началом второй мировой войны, В. Зворыкин в США и А. Лебедев в СССР. В нем вместо видимого света используют поток электронов, а вместо увеличительных стекол — магнитные катушки. Пройдя через изучаемый предмет, тонкий электрический луч многократно расширяется магнитными полями катушек. Это увеличивает изображение в несколько сотен тысяч раз и позволяет увидеть его на специальном флюоресцирующем экране, подобном экрану телевизора. Так как длина волны электронного луча равна всего лишь 0,01 ангстрема (ангстрем равен 0,1 нанометра), то есть в 500 тысяч раз меньше, чем у видимого света, с помощью электронного микроскопа можно рассмотреть даже небольшие белковые молекулы.
