Фильтрующиеся вирусы открытие в гранях времени
Обновлено: 12.05.2024
Дмитрий Иосифович Ивановский родился в 1864 году в Петербургской губернии. Окончив с отличием гимназию, в августе 1883 года он поступает в Петербургский университет на физико-математический факультет. Как нуждающийся студент Ивановский был освобожден от уплаты за обучение и получал стипендию.
Под влиянием выдающихся деятелей науки, преподававших в то время в университете (И.М.Сеченов, А.М.Бутлеров, В.В.Докучаев, А.Н.Бекетов, А.С.Фамицин и другие), формировалось мировоззрение будущего ученого. Будучи студентом, Ивановский с увлечением работал в научном биологическом кружке, проводил опыты по анатомии и физиологии растений, тщательно выполняя эксперименты. Поэтому А.Н.Бекетов, возглавлявший тогда общество естествоиспытателей, и профессор А.С.Фамицин предложили в 1887 году студентам Д.И.Ивановскому и В.В.Половцеву поехать на Украину и в Бессарабию для изучения заболевания табака, наносившего огромный ущерб сельскому хозяйству юга России. Листья табака покрывались сложным абстрактным рисунком, участки которого растекались, как чернила на промокашке, и распространялись с растения на растение.
Открытие вирусов.
В 1892 г. биолог Дмитрий Иосифович Ивановский (1864-1920), работавший в Санкт-Петербурге, доложил на заседании Российской Академии наук о том, что он обнаружил удивительную закономерность. Сок, полученный из растений табака, больных мозаичной болезнью, и пропущенный через задерживающий бактерии фарфоровый фильтр, сохранял способность заражать здоровые растения. Исходя из этого факта, ученый предположил, что данный фильтрат содержит либо мельчайшие бактерии, либо выделенные ими ядовитые вещества - токсины. Спустя 6 лет нидерландский микробиолог Мартин Виллем Бейеринк получил сходные результаты и ввел понятие "фильтрующийся вирус". Первое слово из этого названия со временем отпало, а второе обрело свое современное значение. Сам Бейеринк предполагал, что фильтрующийся вирус - это жидкое "заразное начало". Д.И.Ивановский придерживался мнения, что оно твердое. Только в 1939 г., вскоре после изобретения электронного микроскопа, исследователи смогли, наконец, рассмотреть невидимый вирус. Интересно, что первым был сфотографирован вирус табачной мозаики.
Заболевания растений, животных и человека, вирусная природа которых в настоящее время установлена, в течение многих столетий наносили ущерб хозяйству и вред здоровью человека. Хотя многие из этих болезней были описаны, но попытки установить их причину и обнаружить возбудитель оставались безуспешными.
В результате наблюдений Д.И.Ивановский и В.В.Половцев впервые высказали предположение, что болезнь табака, описанная в 1886 году A.D.Mayer в Голландии под название мозаичной, представляет собой не одно, а два совершенно различных заболевания одного и того же растения: одно из них - рябуха, возбудителем которого является грибок, а другое неизвестного происхождения. Исследование мозаичной болезни табака Д.И.Ивановский продолжает в Никитинском ботаническом саду (под Ялтой) и ботанической лаборатории Академии наук и приходит к выводу, что мозаичная болезнь табака вызывается бактериями, проходящими через трубочки очень маленького диаметра (фильтры Шамберлана), которые, однако, не способны расти на искусственных субстратах. Возбудитель мозаичной болезни называется Ивановским то "фильтрующимися" бактериями, то микроорганизмами, так как сформулировать сразу существование особого мира вирусов было весьма трудно.
Подчеркивая, что возбудитель мозаичной болезни табака не мог быть обнаружен в тканях больных растений с помощью микроскопа и не культивировался на искусственных питательных средах. Д.И.Ивановский писал, что его предположение о живой и организованной природе возбудителя "формировано в целую теорию особого рода инфекционных заболеваний", представителем которых, помимо табачной мазайки, является ящур (использовав тот же метод фильтрации).
Д.И.Ивановский открыл вирусы - новую форму существования жизни. Своими исследованиями он заложил основы ряда научных направлений вирусологии: изучение природы вируса, цитопатологических вирусных инфекций, фильтрующихся форм микроорганизмов, хронического и латентного вирусоносительства. В 1935 году У.Стенли из сока табака, пораженного мозаичной болезнью, выделил в кристаллическом виде ВТМ (вирус табачной мозаики). За это в 1946 году ему была вручена Нобелевская премия. В 1958 году Р.Франклин и К.Холм, исследуя строение ВТМ, открыли, что ВТМ является полым цилиндрическим образованием.
В 1960 году Гордон и Смит установили, что некоторые растения заражаются свободной нуклеиновой кислотой ВТМ, а не целой частицей нуклеотида. В этом же году крупный советский ученый Л.А.Зильбер сформулировал основные положения вирусогенетической теории.
В 1962 году американские ученые А.Зигель, М.Цейтлин и О.И.Зегал экспериментально получили вариант ВТМ, не обладающий белковой оболочкой, выяснили, что у дефектных ВТМ частиц белки располагаются беспорядочно, и нуклеиновая кислота ведет себя, как полноценный вирус.
В 1968 году Р.Шепард обнаружил ДНК-содержащий вирус.
Одним из крупнейших открытий в вирусологии является открытие американских ученых Д.Балтимора и Н.Темина, которые нашли в структуре ретро вируса ген, кодирующий фермент - обратную транскриптазу. Назначение этого фермента - катализировать синтез молекул ДНК на матрице молекулы РНК. За это открытие они получили Нобелевскую премию.
Д.И. Ивановский по праву считается основателем науки вирусология. Д.И. Ивановский - открыл вирусы - новую форму существования жизни. Своими исследованиями он заложил основы ряда научных направлений вирусологии: изучение природы вирусов, цитопатология вирусных инфекций, фильтрующихся форм микроорганизмов, хронического и латентного вирусоносительства.
Первая половина нашего столетия была посвящена пристальному изучению вирусов - возбудителей острых лихорадочных заболеваний, разработке методов борьбы с этими заболеваниями и методов их предупреждения.
Открытия вирусов сыпались как из рога изобилия: в 1892 году был открыт вирус табачной мозаики - год рождения вирусологии как науки; 1898 году - открыт вирус ящура,1901 году - вирус желтой лихорадки,1907 году - вирус натуральной оспы, 1909 году - вирус полиомиелита, 1911 году - вирус саркомы Раиса, 1912 году - вирус герпеса, 1926 году - вирус везикулярного стоматита, 1931 году - вирус гриппа свиней и вирус западного энцефаломиелита лошадей,1933 году - вирус гриппа человека и вирус восточного энцефаломиелита лошадей, 1934 году - вирус японского энцефалита и вирус паротита, 1936 году - вирус рака молочных желез мышей, 1937году-вирус клещевого энцефалита, 1945 году - вирус крымской геморрагической лихорадки, 1951 году - вирус лейкоза мышей, 1953 году - аденовирусы и вирус бородавок человека, 1954 году - вирус краснухи и вирус кори, 1956 году - вирусы парагриппа, 1957 году - полиномы, 1959 году - вирус аргентинской геморрагической лихорадки.
Этот почти непрерывный список открытий будет выглядеть еще внушительнее, если к 500 вирусам человека и животных добавить не меньший (если не больший!) список уже открытых к тому времени вирусов растений (более 300), насекомых и бактерий. Поэтому первая половина нашего столетия поистине оказалась эрой великих вирусологических открытий.
В знак признания выдающихся заслуг Д.И.Ивановского перед вирусологической наукой Институту вирусологии АМН СССР в 1950 году было присвоено его имя, в Академии медицинских наук учреждена премия имени Д.И.Ивановского, присуждаемая один раз в три года.
В 1887 году в Крыму плантации табака поразила неизвестная болезнь. На место происшествия был отправлен выпускник Санкт-Петербургского университета Д.И.Ивановский. Молодой ученый решил выяснить, какая бактерия вызывает болезнь табака. Просмотр огромного количества препаратов, приготовленных из экстрактов больных листьев, удачи не принес. При заражении здоровых листьев соком из больных (инъекции в толщу здоровых листьев) результат всегда был одинаковым: здоровые листья заболевали через 10-15 дней. Но неудачи преследуют ученого. Неужели это тупик? Нет! Ивановский фильтрует сок через бактериальный фильтр. Но к изумлению исследователя, при нанесении прозрачной жидкости на здоровые листья на них появляется характерный абстрактный рисунок, то есть развивается болезнь. Так были открыты новые “микробы – невидимки” – фильтрующиеся вирусы.
13 дней тюленя Чувырлы (из блога Лоры Белоиван, 2006 год)
Тюлень в доме — это как-то нетрадиционно.
Палладиевый маркер для дефектов графена
Графену с момента открытия многие предрекали стать материалом века.
Птичка-вертолёт
Колибри — держатели многих рекордов: самые маленькие и самые быстрые птицы, одни из самых мелких позвоночных с самым активным обменом веществ.
Побеждают те, кто осваивает наукоёмкие продукты
Почему одни изобретения практически мгновенно завоёвывают мир, а другие так и остаются невостребованными?
Спектр приёмов против пожаров и взломов
Технологическое предпринимательство — дело рискованное. Добиться в нём успеха удаётся при одновременном выполнении нескольких обязательных условий.
Кунсткамера. Июль 2015 №7
Робот, специально созданный для сборки кубика Рубика, на выставке в Англии побил рекорд предыдущей модели.
В 1892 годуроссийский физиолог растений Дмитрий Иосифович Ивановский впервые показал способность возбудителя табачной мозаики проходить через фильтры, непроницаемые для бактерий.
10 июня нынешнего года с аэродрома Ельцовка Новосибирского авиационного завода им. В. П. Чкалова в воздух поднялся экспериментальный прототип самолёта, идущего на смену Ан-2.
Как микроскопические водоросли заставили отказаться от биотоплива
Сверхпроводящая электроника для суперкомпьютеров
Бюро иностранной научно-технической информации. Июль 2015 №7. Пояс астероидов вокруг близкой звезды
Звезда Тау Кита относится к звёздам солнечного типа и находится сравнительно недалеко от нас — в 12 световых годах.
Наука и жизнь в начале XX века. Июль 2015 №7. Спиртовое топливо для автомобилей
Запрет спиртных напитков привёл к накоплению излишков спирта.
Открыть ворота гематоэнцефалического барьера
Гематоэнцефалический барьер оставался вне поля зрения учёных до тех пор, пока не стало очевидно, что именно он тормозит успехи современной медицины
Антропология разводов
Институт развода почти столь же древен, как обычай заключать браки.
Загадка каменных дисков
Уже не первый век по всей Европе археологи находят странные каменные изделия в виде хорошо отшлифованных дисков c большим отверстием в центре.
Необычный случай вошёл в анналы медицины в 50-х годах прошлого века.
Цифры и факты. Июль 2015 №7
Итальянские биохимики нашли у сахарина антираковые свойства.
Усыновивший город
В дореволюционной России было немало купцов и промышленников, которые могли бы послужить примером для современных российских предпринимателей.
Дойти до ручки
Шоколадная фантазия, или что такое меланжер?
Родина дерева какао — Южная Америка. С некоторых пор выращивают его и в тропических регионах Африки.
Бенедиктинского монаха Гвидо д’Ареццо музыканты ставят в один ряд со знаменитыми христианскими проповедниками — братьями Кириллом и Мефодием.
Сказка о Максе Планке, который в свете электролампы нашёл свою постоянную
Молодой человек по имени Макс Карл Эрнст Людвиг Планк был выходцем из старинного дворянского рода.
Поддержите сельские библиотеки!
Жалованная грамота
Известно, что в строительстве и обустройстве Санкт-Петербурга активное участие принимали иностранцы — архитекторы, скульпторы, художники…
Лабиринты полуоткрытых дебютов
Продолжаем краткий экскурс в дебютную теорию. Прошлый раз речь шла об открытых дебютах, сегодня на очереди полуоткрытые.
Четыре километра тайн
Летний антарктический сезон 2014/15 года мало чем отличался от других ежегодных экспедиций.
Рождённый морем
Шесть лет назад нам с Эриком Ли не было и шестнадцати. Мы жили в маленьком городке во Флориде, на берегу Атлантики.
Чечевичная похлёбка
Из истории фамилий. Июль 2015 №7
Рузский веретённый стандарт
Пряслице, в археологии — грузик из обожжённой глины, камня или другого материала, насаживавшийся на веретено, что придавало ему большую инерцию вращения.
Маленькие хитрости. Июль 2015 №7
Продающиеся в мелочных лавках магнитные браслеты, совершенно бесполезные в борьбе с различными недугами, напротив, весьма полезны при производстве ремонтных и строительных работ.
Когда в конце XVII в. Левенгук открыл микробов, казалось, что открыта последняя грань жизни, что обнаружены последние не известные до того времени человеку живые существа. Свыше полутора веков изучали микробов, не догадываясь о той громадной роли, которую они играют в природе. Только во второй половине XIX в. были сделаны открытия, которые позволили выяснить громадное значение микробов в самых разнообразных явлениях, совершающихся на земле.
Знаменитому французскому ученому Луи Пастёру человечество обязано открытием микробной природы инфекционных (заразных) болезней. После открытия Пастёра каждый год приносил новые замечательные открытия в этой области, и в течение нескольких десятков лет возбудители очень многих тяжелых заболеваний (чумы, холеры, туберкулеза, брюшного тифа и других) стали известны человечеству. Однако самые настойчивые попытки обнаружить возбудителей таких заболеваний, как бешенство, оказались безуспешными, и еще Пастёр высказал предположение о существовании настолько маленьких микробов, что они не могут быть видимы даже в самые лучшие микроскопы.
Эта догадка получила подтверждение в открытии русского ученого Ивановского.
Изучая мозаичную болезнь табака — заболевание, которое вызывает некрозы (омертвения) на табачных листьях, Ивановский в 1892 г. обнаружил, что сок этих листьев, свободный от каких бы то ни было обнаруживаемых при самых сильных увеличениях микроскопа микробов, вызывает это заболевание у здоровых растений. Эта работа осталась незамеченной. Но когда 6 лет спустя Леффлер и Фрош сделали аналогичные наблюдения при заболевании крупного рогатого скота, которое называется ящуром и выражается в появлении пузырьков в глотке и на копытах животных, вопрос о невидимых микробах встал во всей своей остроте.
Лист, пораженный мозаичной болезнью
В настоящее время известно свыше сотни фильтрующихся вирусов. Заболевания, вызываемые ими, чрезвычайно разнообразны и поражают различных животных и человека.
Среди вирусов, поражающих человека, нужно отметить оспу, бешенство, детский спинномозговой паралич 2 , корь, желтую лихорадку, свинку и различные виды летаргического энцефалита (сонная болезнь).
Включения в нервных клетках при бешенстве
Последние исследования английских ученых выяснили вирусную природу такого распространенного заболевания, как грипп. Весьма вероятно, что скарлатина также является вирусным заболеванием 3 .
Наряду с этими иногда очень опасными для жизни заболеваниями вирусы вызывают и такое невинное заболевание человека, как бородавки.
Известно свыше 40 вирусных заболеваний, которые поражают домашних животных. Сюда относятся чума лошадей, чума рогатого скота, чума собак, злокачественная анемия лошадей, ящур, оспа овец и верблюдов, чума свиней и многие другие. Большинство этих заболеваний носит повальный характер и причиняет громадный ущерб народному хозяйству.
Но вирусы поражают и многих других животных, они вызывают чуму птиц, канареечную болезнь, они поражают рыб (оспа карпов) и насекомых (желтуха шелковичных червей, гнилец пчел, болезни бабочек).
Громадное количество растений также подвержено вирусным заболеваниям. Одни только мозаичные болезни поражают до 180 различных видов растений. Фильтрующиеся вирусы вызывают желтуху персиков, крыжовника, земляники, курчавость свеклы, поражают картофель, хлопок и ряд других технических и овощных культур. Наконец, они поражают и бактерии. Д’Эрелль описал фильтрующийся вирус, названный им бактериофагом (пожирателем бактерий), который обладал способностью растворять бактерии.
Фильтровальный прибор со свечой
Таким образом фильтрующиеся вирусы поражают громадное количество живых существ. Этим прежде всего определяется практическое значение вирусной проблемы, тем более, что мы до сих пор почти не знаем действительных мер борьбы с вызываемыми ими заболеваниями.
Однако на земле существуют не только болезнетворные вирусы. Существуют и вирусы, не вызывающие заболевания организма и тем не менее размножающиеся в нем. Эти вирусы можно назвать не патогенными (не болезнетворными). Впервые такой вирус был обнаружен в слюнных железах морской свинки. Аналогичные вирусы найдены и у других животных.
Существуют, по-видимому, и такие вирусы, которые, являясь не болезнетворными в обычных условиях, могут вызывать заболевания, если эти условия изменяются. Таковым, например, является вирус, содержащийся в тех пузырьках, которые высыпают на грани кожи и слизистых оболочек после гриппа или других заболеваний (пузырьки герпеса). Содержимое этих пузырьков вызывает смертельный энцефалит (воспаление мозга) у кроликов. Последние исследования показали, что вирус герпеса очень часто встречается в организме здоровых людей, если у таких людей вызвать посторонним агентом какое-нибудь раздражение кожи, то в этих местах появляются пузырьки, содержащие активный вирус герпеса. Таким образом вирус герпеса существует в организме, не нанося ему никакого ущерба, но при известных условиях начинает проявлять свое болезнетворное действие.
Какова же природа фильтрующихся вирусов?
Вначале полагали, что это живые микроорганизмы, величина которых настолько незначительна, что они не могут быть видимыми в микроскоп. Однако впоследствии возникли очень серьезные сомнения в живой природе фильтрующихся вирусов. Для того чтобы разобраться в этом вопросе, коснемся основных свойств фильтрующихся вирусов.
Хотя в большинстве они и невидимы в микроскоп, все же величина их может быть определена различными способами. Можно, например, фильтровать жидкость, содержащую вирусы, через поры, величина которых известна. Можно подвергать жидкость, содержащую вирусы, диффузии и по скорости диффузии судить о величине диффундирующих комплексов; можно, наконец, подвергать эту жидкость центрифугированию и по скорости осаждения составить представление о величине осаждающихся частиц.
Такие исследования были проведены с очень многими вирусами. Хотя эти исследования и не всегда давали точные цифры, все же путем сравнения данных, полученных в различных лабораториях и различными методами, можно составить довольно ясное представление о величине фильтрующихся вирусов.
Как видно из приведенной таблицы, даже самые крупные фильтрующиеся вирусы лежат на границе или ниже границы разрешающей способности микроскопа; границей видимости самых лучших, наиболее совершенных современных микроскопов является величина в 200 миллимикронов 4 . Таким образом, большинство фильтрующихся вирусов в настоящее время действительно является невидимым.
Величины в миллимикронах (0,000001 мм)
Являются ли они живыми? Можно ли представить себе живое существо размером в несколько десятков миллимикронов или даже в несколько миллимикронов? Ведь молекула гемоглобина имеет величину всего в 5,5 миллимикрона, и следовательно, самые маленькие фильтрующиеся вирусы должны состоять в лучшем случае всего из нескольких молекул белка. Однако изучение химической структуры фильтрующихся вирусов показало, что они могут быть получены в растворах, вообще не дающих обычных белковых реакций. Кроме того, вирусы оказались устойчивыми к таким химическим агентам (хлороформ, эфир, карболовая кислота и др.), которые убивают все живое. Отсюда возникли предположения о том, что фильтрующиеся вирусы являются особыми химическими, неживыми агентами, способными нарушать обмен живых клеток микроорганизма. Благодаря этому измененному обмену клетка вновь возвращает в окружающую среду тот же агент в еще более увеличенном количестве. Такую точку зрения упорно защищает в отношении бактериофага и многих фильтрующихся вирусов ряд видных ученых.
Нужно сознаться, что для современного естествознания и медицины вопрос о природе вирусов очень труден. Если признать, что вирусы являются мертвыми химическими агентами, то нужно откинуть теорию Пастёра о том, что все инфекционные заболевания вызываются живыми агентами. А если стать на ту точку зрения, что фильтрующиеся вирусы являются живыми, то придется вступить в конфликт с идеей Вирхова, согласно которой клетка является неделимой основой всего живого; ведь вряд ли можно считать за клетку образования, состоящие всего из нескольких комплексов молекул.
Однако положение не является столь сложным, каким оно может показаться с первого взгляда. Группа фильтрующихся вирусов не является однородной, и среди агентов, причисляемых к этой группе, несмотря на наличие очень многих общих свойств, можно обнаружить две большие подгруппы. К первой из них, которая представлена наиболее крупными вирусами, относятся возбудители таких заболеваний, как оспа, герпес и др. При этих заболеваниях были обнаружены мельчайшие тельца (элементарные тельца), которые, как думает сейчас большинство исследователей, и оказались возбудителями соответствующих инфекций. Эти тельца представляют собой мельчайшие, проходящие через фильтры кокки и с полным правом могут быть названы ультрамикробами. Относительно другой группы вирусов, к числу которых принадлежат бактериофаг, ящур и многие другие, таких данных не имеется, и все попытки обнаружить в жидкостях, содержащих эти вирусы, какие-либо морфологические, доступные для изучения образования, были неудачны. Вряд ли можно сейчас сомневаться в живой природе первой группы фильтрующихся вирусов, и если отсутствуют точные данные, говорящие за живую природу второй группы фильтрующихся вирусов, то все же нужно указать, что изучение их как агентов живой природы является несомненно целесообразным.
Вопрос о природе фильтрующихся вирусов затрагивает таким образом одну из основных проблем биологии — проблему природы жизни. Однако этим не исчерпывается значение проблемы фильтрующихся вирусов для биологии. Многочисленные факты последнего времени настойчиво указывают на ее важность для изучения многих других вопросов биологии. Доказано, что некоторые сортовые признаки растений и даже некоторые мутации растений вызываются вирусами. Доказанная возможность передачи вирусов с пыльцой заставляет думать о большом значении этого вопроса для изучения изменений у растений, передающихся потомству.
Очень интересной является способность некоторых вирусов входить в особые отношения с микробами. Работы нашей лаборатории показали, что вирус может, так сказать, поселиться на микробе, долгое время сохраняться и даже размножаться на его поверхности или внутри микробной клетки. Таким путем микробы могут быть носителями вирусов, с которыми они встречаются в больных организмах. Весьма вероятно, что существуют и противоположные отношения, при которых будет наблюдаться антагонизм микробов и вирусов, но этот вопрос еще не начал изучаться.
Необходимо указать на большое значение проблемы фильтрующихся вирусов и для изучения злокачественных опухолей. В настоящее время доказано, что некоторые злокачественные опухоли птиц и кроликов вызываются фильтрующимися вирусами. В качестве примера такой опухоли можно привести саркому Роуса, которая может перевиваться фильтрами с одной курицы на другую неограниченное количество раз. Хотя пока еще нет никаких данных, которые говорили бы о том, что злокачественные опухоли человека вызываются фильтрующимися вирусами, все же необходимо при их изучении учесть вышеизложенные факты.
Вспомним, что вирус герпеса, находящийся в постоянном симбиозе с организмом, проявляет свое болезнетворное действие при раздражении кожи. Мы знаем, что опухоли также возникают в результате раздражения тканей, и вполне закономерно предположение, что неизвестный агент, вызывающий опухоли и находящийся в неактивном состоянии в организме, может быть активирован раздражением. С этим хорошо согласуются факты, недавно ставшие известными благодаря исследованиям Безредки и Фукса, которые выяснили наличие в некоторых опухолях самостоятельных, автономных от клеток организма агентов.
Каковы же основные свойства фильтрующихся вирусов и как можно изучать эти вирусы, не имея возможности их непосредственно наблюдать?
Общим свойством, присущим всем фильтрующимся вирусам, является неспособность роста на искусственных питательных средах. Все попытки в этом направлении до сих пор оканчивались неудачей. Удалось вырастить многие вирусы в культурах тканей, но никому с достоверностью не удалось получить чистых культур фильтрующихся вирусов на искусственных питательных средах. Это обстоятельство выдвигается исследователями, отрицающими живую природу фильтрующихся вирусов, как один из главных аргументов. Если вирус является ультрамикробом, то почему он не растет без живых растительных или животных клеток? На это можно указать, что потребовались многие годы усилий для получения культур микробов — возбудителей некоторых инфекционных болезней, например сифилиса, в живой природе которых ни у кого нет никаких сомнений. Задача получения чистых культур фильтрующихся вирусов на искусственных средах является одной из основных задач, стоящих в настоящее время перед наукой в этой области.
Следующим общим свойством для всех фильтрующихся вирусов является их необычайная устойчивость к глицерину. Некоторые из них (например вирус детского спинномозгового паралича) сохраняются в глицерине многие годы. Примеров такой устойчивости для микробов мы не знаем.
Многие вирусы очень склонны к мутациям. Если, например, вирус человеческой оспы привить теленку, то этот вирус изменяется и становится неспособным вызывать у человека общее заболевание. Как известно, этим и пользуются при оспенной вакцинации, материал для которой представляет собою вирус человеческой оспы, проведенной через теленка.
Одним из интереснейших свойств фильтрующихся вирусов является способность их вызывать внутриклеточные включения в тех клетках, в которых они размножаются. Включения эти представляют собой обычно овальные или вытянутые образования, размеры которых достигают иногда нескольких десятков микронов; следовательно, они вполне доступны для микроскопических наблюдений. Относительно природы этих включений были высказаны многочисленные догадки. Наиболее вероятным является предположение, что эти образования представляют собой продукты, образуемые клеткой при действии на нее вируса. С другой стороны, для некоторых из этих клеточных включений доказана иная природа. По-видимому, при оспе, особенно при оспе птиц, включения представляют собой колонии возбудителей тех элементарных телец, которые являются морфологическим выражением этих вирусов.
В большинстве случаев убитые вирусы не вакцинируют, не создают иммунитета (невосприимчивости). Это обстоятельство обусловливает громадные трудности в изыскании способов специфической профилактики (предупреждения) вирусных заболеваний. Несмотря на то, что на оспе и бешенстве, классических представителях фильтрующихся вирусов, Дженнером и Пастёром были сделаны наблюдения, заложившие основы современной иммунологии, мы до сих пор почти не имеем эффективных вакцин против других вирусных заболеваний. В последние годы намечается некоторый прогресс в этой области. При действии на вирусы некоторых агентов удалось получить вакцины, могущие рассчитывать на некоторое практическое приложение. К числу таких агентов принадлежат формалин и фотодинамическое действие некоторых красок. Если к жидкости, содержащей вирусы, прибавить метиленовую синьку и подержать эту жидкость на свету, то вирус теряет свою активность. Весьма вероятно, что при этом он оказывается убитым. Тем не менее эта жидкость сохраняет способность вызывать иммунитет у животных. Эти исследования пока еще не получили практического использования.
Необходимо отметить большую трудность изучения вирусов. В большинстве случаев мы их не можем видеть, не можем выращивать на искусственных питательных средах. Для их изучения приходится пользоваться животными, которые являются восприимчивыми к тому или другому вирусу, и на этих животных исследовать основные закономерности, характеризующие соответствующий вирус.
Однако существуют вирусы, которые поражают только один вид животных или очень небольшое количество животных видов; например, корью нельзя заразить ни одно животное; даже заражение обезьян не дает закономерных и постоянных результатов. Детским спинномозговым параличом можно заразить только человека и обезьян.
Кроме того, изучение вирусов требует специальной аппаратуры. Для того чтобы очистить вирус от посторонних веществ, приходится пользоваться особыми центрифугами, дающими не менее десяти тысяч оборотов в минуту. Микроскопические наблюдения необходимо вести наиболее совершенными оптическими системами и в условиях ультрафиолетового освещения. Так как ультрафиолетовый свет имеет более короткую волну, то тем самым повышается разрешающая способность микроскопа и становятся видимыми более мелкие объекты. Однако глаз не воспринимает ультрафиолетовых лучей, и следовательно, освещаемые ими объекты можно только фотографировать.
Для получения вирусов, свободных от посторонних микробов, необходимо пользоваться особыми фильтрами (либо из фарфора, либо из инфузорной земли). Вся эта аппаратура очень дорога и малодоступна для большинства лабораторий. Необходимо указать также, что изучение вирусов требует совместной работы микробиолога, гистолога и биохимика. Только располагая всесторонними данными, можно делать относительно вирусов обоснованные выводы и заключения.
В настоящее время изучение фильтрующихся вирусов начато в широком объеме и в нашем Союзе, для чего создаются специальные лаборатории. Необходимые на это дело затраты целиком окупятся, так как они помогут найти средства борьбы с тем громадным ущербом, который наносят вирусы народному хозяйству и здравоохранению.
Литература
1. Риверс Т. Фильтрующиеся вирусы. Сельхозгиз, 1934 г.
2. Рыжков В. Л. Вирусные болезни растений. Сельхозгиз, 1935 г.
2 В настоящее время для некоторых упомянутых в статье заболеваний чаще используются другие названия: детский спинномозговой паралич — это полиомиелит, чума птиц — птичий грипп, канареечная болезнь — канареечная оспа.
3 Позже было установлено, что скарлатину вызывают стрептококковые бактерии, инфицированные бактериофагом T12. Упоминаемые далее европейский и американский гнилец у пчёл, а также сыпной тиф, возбудители которого сравнимы по размерам с вирусами, также были отнесены к бактериальным заболеваниям.
Наряду с многочисленными болезнетворными бактериями и паразитическими простейшими существуют и другие возбудители заразных болезней человека, животных, растений и даже самих микробов. Они называются фильтрующимися вирусами или просто вирусами. Одна из отличительных особенностей вирусов в том, что их никак не удавалось репродуцировать, т. е. увеличить в числе вне живой ткани. Поэтому для приготовления различных вакцин приходится культивировать возбудителя оспы на коже живых телят, возбудителя бешенства — в мозгу кролика, а вирус гриппа — в тканях куриного зародыша.
Многие вирусы человека, животных и растений оказалось возможным репродуцировать на отделенных от организма кусочках тканей, которые годами с особой тщательностью выращиваются в специальных прозрачных камерах. За последнее время эта техника достигла необычайных успехов. Стало возможным, например, выращивать отдельные клетки высших растений, а потом из одной-единственной такой клеточки снова вырастить целое растение. Исследователи вирусов немедленно использовали это достижение для того, чтобы выяснить характер взаимоотношений клеток хозяина и вирусов, определить, где, в какой части клетки, при каких условиях происходит возникновение вирусных частиц.
Каждому из нас на горьком опыте известно, как легко заразиться гриппом. Больной гриппом чихнул, и вот вместе со слюной изо рта, как из пульверизатора, разлетаются возбудители болезни. Вы вдохнули воздух, в котором парят на пылинках возбудители гриппа. Через 2—3 дня начинается насморк, ломота в суставах, кашель, озноб, поднимается температура,— значит, вы заболели вирусным гриппом.
Очень быстро распространяется вирус мозаичной болезни табака или томатов. На южных плантациях томатов иногда встречается другое вирусное заболевание — столбур. Переносит столбур с больных растений на здоровые цикадка гиалестус обсолетус величиной с маковое семечко. При этом заболевании вместо ярко-желтых цветочных бутонов на томатах появляются какие-то бледно-зеленые и даже фиолетовые уродцы. На веточках измельченные листочки, а плоды на столбурном кусте уродливые, одеревенелые, несъедобные.
Вред от различных вирусных заболеваний не одинаков. Черная оспа, бешенство, полиомиелит — очень опасные заболевания, корь, скарлатина — тяжелые, а ветряная оспа, краснуха — сравнительно легкие.
Почему вирусы называются фильтрующимися?
Первооткрывателем мира вирусов был русский ботаник Д. И. Ивановский. В 1891—1892 гг. он настойчиво искал возбудителя мозаичной болезни табака. Ученый исследовал жидкость, полученную при растирании больных листьев табака. Процеживал ее сквозь бактериальные фильтры, которые не должны были пропустить ни одной бактерии. Терпеливо накачивал Ивановский сок, взятый из листьев табака, больного мозаикой, в полые бактериальные фильтры из мелкопористого фарфора, напоминающие длинные свечи. Стенки фильтра пропотевали прозрачными капельками, стекавшими в заранее простерилизованный сосуд. Легким втиранием ученый наносил на поверхность табачного листа капельку такого профильтрованного сока. Через 7—10 дней у здоровых до этого растений появились несомненные признаки мозаичной болезни. Капелька профильтрованного сока от зараженного растения поражала мозаичной болезнью любой другой куст табака. Заражение могло переходить от растения к растению без конца, как пламя с одной соломенной крыши на другую.
В дальнейшем удалось установить, что и многие другие вирусные возбудители заразных болезней человека, животных и растений способны проходить через бактериальные фильтры. Следовательно, они были меньше самых мельчайших существ — бактерий, их нельзя было разглядеть даже через самые усовершенствованные световые микроскопы. Не сумев их разглядеть, Д. И. Ивановский на основании своих опытов сделал совершенно правильный вывод, что вирусы представляют собой твердые частицы, а не жидкость, как думали другие ученые.
Частицы различных вирусов смогли увидеть через много лет, когда был создан электронный микроскоп. Через окошечко электронного микроскопа, дающего увеличение в сотни тысяч раз, удалось разглядеть форму вирусных частиц и определить их размеры.
Оказалось, что ширина самой маленькой бактерии в 50 раз больше ширины палочковидной частицы вируса мозаики табака. Диаметр шарообразного вируса ящура не превышает 0,01 мкм, а сам-то микрометр — это ведь 0,001 мм! Диаметр частицы вируса гриппа приблизительно в 10 раз больше диаметра частицы вируса ящура.
Теперь известно более 300 вирусных заболеваний человека и животных и столько же вирусных заболеваний растений. Все они широко распространены на земном шаре. Статистика показывает, что с 1929 по 1934 г. на нашей планете вирусными болезнями — гриппом, корью, полиомиелитом и оспой — болело свыше 25 млн. человек. За это же время бактериальными болезнями — брюшным тифом, дизентерией, дифтерией, коклюшем — болело всего 4 млн. По данным мировой статистики за 1961 г., гриппом, корью и инфекционным гепатитом в странах Европы переболело в пять раз больше людей, чем дифтерией, коклюшем, тифами, дизентерией и другими бактериальными болезнями, вместе взятыми.
Есть вирусы, которые поражают бактерий,— это так называемые бактериофаги. Некоторые из них имеют форму головки с хвостиком. Частички бактериофага внедряются в бактериальную клетку, разрушают ее, а сами при этом быстро репродуцируются — умножаются.
Бактериофаги могут применяться для защиты от заразных заболеваний. Дизентерийному больному, например, дают пить жидкость, в которой есть противодизентерийные бактериофаги, уничтожающие дизентерийные палочки в кишечнике. Иногда особые бактериофаги разрушают полезные молочнокислые бактерии и тем самым причиняют немало хлопот на заводах, производящих молочнокислые продукты.
Изучение вирусов— труднейшая задача
Сложную работу ведут ученые, изучающие мир бактерий и других микроорганизмов. Но неизмеримо сложнее труд исследователя вирусов. Чтобы проследить, например, за деятельностью бактерий в клубеньках бобовых растений, микробиологи приготовляют окрашенные срезы — пластинки из ткани этих клубеньков толщиной 2—5 мкм. Бактерии бывают хорошо видны на таком срезе с помощью светового микроскопа. Но даже эти срезы тканей оказывались слишком толстыми для наблюдения за вирусами, поэтому долгое время в электронный микроскоп наблюдали лишь вытяжки из тканей, содержащих вирусы.
В специальных лабораториях есть приборы-автоматы, которые из тканей животных и растений нарезают пластинки толщиной 0,05 мкм и меньше. При современной микроскопической технике можно, например, приготовить 100 срезов из одной клетки бактерии. Рассматривая сверхтонкие срезы в электронный микроскоп, ученые узнают, как вирусы распространяются в организме, как они себя там ведут.
Фильтрующиеся вирусы — одна из наиболее сложных и запутанных загадок природы. В 1935 г. американскому ученому Стенли удалось получить вирус мозаики табака в виде кристаллов. Достаточно ввести в ткань табака или томата ничтожную долю этих кристаллов, даже в виде сильно разбавленного раствора, чтобы произошло заражение. Впоследствии стали получать в кристаллическом виде и другие вирусы растений. Это открытие повлекло за собой новые исследования.
Что же такое вирусы? Одни ученые полагают, что фильтрующиеся вирусы — это живые существа, только еще более мелкие, чем бактерии. Другие считают, что вирусы — просто своеобразные вещества невиданной активности и необычайных свойств. Проникнув в организм, они способны вызвать образование себе подобных. Наконец, третьи ученые утверждают, что вирусы, вызывающие заболевание человека или животных,— живые существа, а вирусы растений — неживые, но очень активные вещества.
Вирусологи в содружестве с биологами, медиками, физиками, химиками упорно стремятся познать природу вирусов. Вот, например, как исследовалось вирусное заболевание клевера, уродующее листья. Единственный переносчик этого заболевания в полевых условиях — насекомое, очень мелкая и юркая цикадка агаллиопсис новелла. Один ученый вскормил цикадку на больном клевере, а потом в течение 5 лет выращивал от этой зараженной цикадки новые поколения на других растениях, не поражаемых вирусом. Таким образом он вырастил 21 поколение. Все подопытные цикадки находились в специальных изоляторах под специальным надзором. И все же они заболели. Следовательно, все они имели единственный источник вируса — первую цикадку, зараженную в начале опыта.
Было подсчитано, что если бы вирус от первой цикадки попал в цикадки двадцать первого поколения, то его разведение (т. е. концентрация вируса в последнем поколении) выражалось бы числом, равным единице с двадцатью шестью нулями, что в действительности немыслимо. Такая концентрация даже для вируса слишком мала. Однако опыт показал, что в цикадках двадцать первого поколения вирусных частиц имелось больше, чем в первой цикадке. В чем же дело? Оказалось, что вирус, вызывающий уродство листьев клевера и заразивший первую цикадку, способен репродуцироваться не только в организме растения, но и в организме насекомого-переносчика. Следовательно, это насекомое не только переносчик вируса, но и его второй хозяин.
Таким образом было опровергнуто утверждение многих специалистов, что между вирусами животных и растений существуют коренные различия.
В 1957 г. на международной встрече ученых, посвященной вопросу о возникновении жизни на Земле, известный исследователь вирусов Стенли сообщил, что в его лаборатории получены кристаллы вируса полиомиелита — детского спинномозгового паралича. Ученый продемонстрировал на экране кристаллы этого вируса. Значит, вирусы животных и человека, подобно вирусам растений, также могут быть истинными кристаллами. После опытов, осуществленных в лаборатории Стенли в 1957 г., многие вирусы животных получены в кристаллическом виде. Кристаллы, конечно, очень мелкие, обнаружены непосредственно в клетках пораженных тканей и даже в мозгу.
Все вирусы отличаются следующими особенностями:
1) они имеют очень малые размеры тела;
2) не имеют клеточного строения;
3) отличаются относительно простым химическим составом (мельчайшие вирусы состоят только из белка и нуклеиновой кислоты);
4) все вирусы проходят особый цикл развития в организме хозяина;
5) не способны репродуцироваться на искусственных питательных средах;
6) в определенных условиях некоторые вирусы способны кристаллизоваться.
Размеры и форма вирусных частиц очень разнообразны. Следует, однако, подчеркнуть их сложное строение и организацию.
Зрелые вирусные частицы (вирионы) способны существовать вне клеток хозяина и очень заразны. Они проникают в клетки восприимчивого хозяина и здесь образуют вегетативные частицы, которые интенсивно репродуцируются. Потом из них возникают вирионы.
Разные вирусы отличаются друг от друга составом белка и составом нуклеиновой кислоты. Очень долго считалось, что вирусы человека и животных содержат только ядерную, дезоксирибонуклеиновую, кислоту (ДНК), а вирусы растений — исключительно протоплазматическую, или рибонуклеиновую, кислоту (РНК). Однако жизнь внесла поправку в эту схему.
В настоящее время установлено, что вирусы полиомиелита, гриппа и вирусных болезней насекомых содержат рибонуклеиновую кислоту. Снова удивили бактериофаги. Одни из них содержат дезоксирибонуклеиновую кислоту, а другие — рибонуклеиновую. Кроме того, частицы бактериофагов слагаются в кристаллы. В лабораториях, искуснейшим образом препарируя вирусные частицы, извлекают из белковой оболочки ниточки нуклеиновой кислоты. Опыты показали, что освобожденная от белков нуклеиновая кислота, подобно вирусу, может вызывать заражение.
За последние годы были очень хорошо изучены строение и химический состав нуклеиновых кислот и выяснено даже, какие именно частицы молекулы нуклеиновой кислоты ответственны за те или иные свойства того или иного вируса. Вслед за этим экспериментаторы научились видоизменять вирусную частицу с помощью чудесной техники.
Советским и зарубежным ученым удалось репродуцировать вирусы в пробирках в очень сложных, но бесклеточных смесях, куда в качестве затравки было внесено чуть-чуть вирусных частиц. Через два- три часа в пробирках оказались тысячи и сотни тысяч им подобных.
Современная наука близка к расшифровке тайн образования мельчайших вирусных частиц. Познание природы вирусов поможет нам не только победить болезнетворных вирусов, но и понять многие другие тайны жизни.
В последнее время ученые выяснили, что ряд заболеваний растений, так называемые желтухи (закукливание овса и др.), а также некоторые заболевания птиц вызывают не вирусы, как думали раньше, а микоплазмы. Микоплазмы крупнее вирусов (0,1—0,2 мкм), они овальной формы, не имеют твердой оболочки и окружены цитоплазматической мембраной. Большинство форм — паразиты, но есть и сапрофитные формы. Размножаются микоплазмы главным образом делением.
Читайте также: