Какой вирус наиболее изменчив
Обновлено: 26.04.2024
Георгий Александрович Базыкин — кандидат биологических наук, заведующий сектором молекулярной эволюции в Институте проблем передачи информации им. А. А. Харкевича РАН, ведущий научный сотрудник лаборатории эволюционной геномики факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ им. М. В. Ломоносова. Занимается изучением различных вопросов биологической эволюции с использованием методов геномики и биоинформатики.
Юрий Эдуардович Стефанов — кандидат биологических наук, научный сотрудник Института молекулярной биологии РАН им. В. А. Энгельгарта и научный консультант студии научного дизайна Visual Science. Область научных интересов — эволюция мобильных генетических элементов, трехмерное компьютерное моделирование вирусных частиц.
В общественном сознании закрепилось довольно легкомысленное отношение к гриппу. Действительно, зачастую его симптомы не тяжелее простудных, да и беспокоит он нас не дольше недели, причем проходит обычно без всякого лечения. Однако история взаимодействий человека и вируса гриппа требует более серьезного подхода к этому патогену. Достаточно вспомнить, что одни из самых страшных пандемий прошлого века были вызваны этим вирусом * . Да и обычный сезонный грипп далеко не безвреден: по оценкам Всемирной организации здравоохранения, ежегодно от него и связанных с ним осложнений умирают сотни тысяч человек (в первую очередь, пожилые люди, младенцы и страдающие хроническими заболеваниями), а в годы тяжелых пандемий — миллионы. По числу унесенных жизней среди инфекционных заболеваний грипп уступает, пожалуй, только ВИЧ. Основная проблема профилактики и лечения гриппа связана с тем, что вирус очень быстро меняется, и каждый год мы имеем дело с его новыми формами, поведение которых далеко не всегда можно предсказать. Очередным шагом на пути к пониманию изменчивости вируса гриппа стал компьютерный анализ последовательностей аминокислот в белках вируса и нуклеотидов в его геноме.
Первая в мире полная достоверная модель вируса гриппа A/H1N1 с атомным разрешением, созданная в рамках проекта Viral Park компании Visual Science при участии Национального центра биотехнологии в Мадриде. Цель проекта — построение научно достоверных 3D-моделей распространенных вирусов человека с максимальной детализацией. Специалисты Visual Science собирают воедино данные огромного количества работ по молекулярной биологии, вирусологии и кристаллографии вирусов, мнения экспертов ведущих научных центров мира и результаты молекулярного моделирования, полученные научным отделом компании. Модель в значительной степени построена на основе данных, опубликованных исследовательскими коллективами под руководством: Хуана Ортина (Испанский национальный центр биотехнологий, Мадрид, Испания), Такеши Нода (Университет Токио, Япония), Роба Ригро (Отдел взаимодействий вируса и клетки, Гренобль, Франция) и Питера Розенталя (Национальный институт медицинских исследований, Лондон, Великобритания). Точное строение генома вируса гриппа удалось смоделировать благодаря сотрудничеству с Хайме Мартин-Бенито (Испанский национальный центр биотехнологий, Мадрид, Испания), группа которого добилась уникальных результатов в описании упаковки вирусного генетического материала. Создатели модели: Иван Константинов (руководитель проекта), Юрий Стефанов (научный консультант), Анастасия Бакулина (ведущий молекулярный моделлер), Дмитрий Щербинин (молекулярный моделлер), Александр Ковалевский (3D-моделлер)
Сегментированный геном
Общая длина генома вируса гриппа составляет приблизительно 13 500 нуклеотидов [2]. Три самых крупных (примерно по 2300 нуклеотидов) его сегмента (PA, PB1 и PB2) кодируют вирусную полимеразу — белок, копирующий РНК и состоящий из трех крупных субъединиц. Четвертый по длине (около 1750 нуклеотидов) сегмент (HA) отвечает за синтез гемагглютинина. Этот белок заякорен в липидной оболочке вируса и отвечает за его проникновение в клетку, связываясь с рецептором на поверхности клеточной мембраны [3]. В зависимости от того, какой именно вариант гемагглютинина несет вирус, связывание может быть более или менее крепким. После этого клетка поглощает вирус, помещая его в мембранный пузырек внутри цитоплазмы. Большинство макромолекулярных комплексов, поглощаемых таким образом, перевариваются клеткой. Однако вирус избегает этой участи: его мембрана сливается с мембраной пузырька, в результате чего ее содержимое оказывается в цитоплазме. В этом процессе гемагглютинин также играет важную роль. Затем геном вируса проникает в ядро, где с него может начать считываться информация.
Сегмент размером около 1550 нуклеотидов (NP) кодирует нуклеопротеин — белок, необходимый вирусу для упаковки РНК. Множество копий такого белка распределяется по каждому из геномных сегментов, связываясь с молекулой нуклеиновой кислоты. В результате фрагменты генома образуют нуклеопротеидные тяжи, сложенные пополам и закрученные в спираль, к каждому из которых прикрепляется своя копия полимеразного комплекса [4].
Сегмент M1/M2 длиной 1000 нуклеотидов, в соответствии со своим названием, кодирует сразу два белка — М1 и М2. Из молекул первого из них образован слой (матрикс), подстилающий вирусную липидную оболочку. Обычно М1 играет ключевую роль в формировании вирусных частиц, поскольку он взаимодействует одновременно с поверхностными белками вируса и внутренними компонентами вирусной частицы. Задача матриксного белка — собрать все составляющие воедино [6]. Белок М2 выполняет роль ионного канала. Он расположен в липидной оболочке вируса и способствует его распаковке в цитоплазме клетки [7].
Последний, самый короткий (из 865 нуклеотидов) сегмент РНК вируса гриппа отвечает за синтез двух белков, которые не попадают в зрелую вирусную частицу. Эти белки называются NS1 и NEP. Первый необходим вирусу, в частности, для того, чтобы блокировать считывание информации с клеточных молекул РНК [8]. Благодаря ему клетке приходится синтезировать преимущественно вирусные белки, оставляя свои собственные нужды. Второй белок, NEP, обеспечивает транспорт новообразованных геномных комплексов вируса из ядра к клеточной мембране, где происходит сборка вирионов [9].
Новые штаммы и поиск реассортаций
Классификация штаммов вируса гриппа основана прежде всего на том, какие именно варианты гемагглютинина и нейраминидазы входят в его состав. Широко известные комбинации букв H и N в сочетании с порядковыми номерами (например, H3N2) как раз и обозначают подтип вируса: гемагглютинин 3, нейраминидаза 2. Таких подтипов десятки, однако человека заражают лишь немногие — обычно те, у которых не слишком большие номера N и H. Наиболее давние хозяева вируса гриппа — птицы, от которых новые штаммы время от времени передаются домашнему скоту и, прямо или опосредованно, людям [10]. Чем более долгий период коэволюции провели вместе патоген и хозяин, тем менее болезненным становится их совместное существование. Птичьи штаммы вируса зачастую оказываются очень опасными после передачи новым хозяевам [11].
Известно, что именно реассортации сегментов РНК привели к возникновению штаммов, которые вызвали пандемии азиатского и гонконгского гриппа в 1957 и 1968 гг., унесшие около 2,5 млн жизней [12]. Возможно, что и испанский грипп начала прошлого века, число жертв которого шло на десятки миллионов, тоже появился в результате такой эволюционной схемы [13].
Подобное исследование можно провести с использованием геномов вируса гриппа, опубликованных в свободном доступе. Избрав в качестве объекта штаммы H3N2, можно составить выборку из 1376 сегментированных геномов, а затем сравнить между собой филогенетические деревья для этих вирусов, построенные в отдельности по каждому из геномных сегментов [15].
В результате такого сравнения оказалось, что число реассортаций примерно сопоставимо для разных сегментов: в ходе эволюции гриппа в популяции человека каждая пара сегментов в недавнем прошлом реассортировала около 50 раз.
Последствия реассортаций
После того как ветви, в которых произошли реассортации, были обнаружены, стало возможным оценить их влияние на накопление в сегментах вирусного генома точечных замен. Для этого можно сравнить время, прошедшее между каждой такой заменой и ближайшей предшествующей ей реассортацией, с тем, которое бы ожидалось из компьютерной модели, если бы реассортации не влияли на замены. Проведенный анализ показал, что по крайней мере в пяти из восьми сегментов генома мутации ускоренно накапливаются после реассортации. Наиболее ярко эффект проявился для нейраминидазы и белка PB1. Ускорение аминокислотных замен после реассортаций вирусных геномов указывает на то, что в такие периоды эволюции вируса гриппа прежде всего происходит адаптация белков к новому генетическому окружению. Из-за того, что вирусные белки взаимодействуют между собой, молекулы из разошедшихся штаммов вынуждены какое-то время изменяться, приспосабливаясь друг к другу.
Интересно, что у нейраминидаз наблюдалось 30 замен, расстояние от которых до ветви, несущей реассортацию, меньше того эволюционного расстояния, на котором мы бы ожидали встретить одну случайную синонимичную замену в гене данного белка. Такой результат свидетельствует о том, что все эти 30 мутаций произошли и закрепились необычайно быстро, и что необходимость быстрой адаптации возникла именно благодаря тому, что соответствующий сегмент генома попал в новое генетическое окружение.
Реассортация — это резкое эволюционное изменение, которое поначалу может снижать общую приспособленность вируса к условиям окружающей среды и к организму-хозяину. Однако иногда оказывается, что из-за такой перетасовки белков из разных штаммов новая форма патогена оказывается более приспособленной, чем штаммы-предшественники, получая возможность эффективнее распространиться [18]. Похоже, что за коррекцию первичного вредного эффекта от реассортации как раз и отвечают быстро закрепляющиеся адаптивные мутации.
Предсказания, полученные только статистическими методами, — путем анализа последовательностей белков и кодирующих их генов, — конечно, не могут иметь стопроцентную точность. Действительно ли взаимодействуют две определенные аминокислоты, можно проверить экспериментально. Однако каждый белок вируса состоит из сотен аминокислот, так что возможны десятки тысяч разных взаимодействий. Постановка такого числа экспериментов практически неосуществимы. Биоинформатический анализ позволяет расставлять приоритеты: выбирать и анализировать только те аминокислоты, которые участвуют во взаимодействиях, экономя время и силы экспериментаторов. Кроме того, такой подход позволяет понять, насколько взаимодействия, приводящие к вредности реассортаций, распространены на уровне всего генома.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 13-04-02098) и Министерства образования и науки Российской Федерации (проект 11.G34.31.0008).
Литература
1. Steinhauer D. A., Domingo E., Holland J. J. Lack of evidence for proofreading mechanisms associated with an RNA virus polymerase // Gene. 1992. V. 22. № 2. P. 281–288.
2. Teng Q., Hu T., Li X. et al. Complete genome sequence of an H3N2 avian influenza virus isolated from a live poultry market in Eastern China // J. Virol. 2012. V. 86. № 21. P. 11944. DOI: 10.1128/JVI.02082-12.
3. Carr C. M., Kim P. S. A spring-loaded mechanism for the conformational change of influenza hemagglutinin // Cell. 1993. V. 73. № 4. P. 823–832.
4. Arranz R., Coloma R., Chichуn F. J. et al. The structure of native influenza virion ribonucleoproteins // Science. 2012. V. 338. № 6114. P. 1634–1637. DOI: 10.1126/science.1228172.
5. Kamali A., Holodniy M. Influenza treatment and prophylaxis with neuraminidase inhibitors: a review // Infection and Drug Resistance. 2013. № 6. P. 187–198. DOI: 10.2147/IDR.S36601.
6. Nayak D. P., Hui E. K., Barman S. Assembly and budding of influenza virus // Virus Res. 2004. V. 106. № 2. P. 147–165.
7. Lear J. D. Proton conduction through the M2 protein of the influenza A virus; a quantitative, mechanistic analysis of experimental data // FEBS Lett. 2003. V. 552. № 1. P. 17–22.
8. Hale B. G., Randall R. E., Ortнn J. et al. The multifunctional NS1 protein of influenza A viruses // J. Gen. Virol. 2008. V. 89. № 10. P. 2359–2376. DOI: 10.1099/vir.0.2008/004606-0.
9. Robb N. C, Smith M., Vreede F. T. et al. NS2/NEP protein regulates transcription and replication of the influenza virus RNA genome // J. Gen. Virol. 2009. V. 90. № 6. P. 1398–1407. DOI: 10.1099/vir.0.009639-0.
10. El Zowalaty M. E., Bustin S. A., Husseiny M. I. et al. Avian influenza: virology, diagnosis and surveillance // Future Microbiol. 2013. V. 8. № 9. P. 1209–1227. DOI: 10.2217/fmb.13.81.
11. Kaplan B. S., Webby R. J. The avian and mammalian host range of highly pathogenic avian H5N1 influenza // Virus Res. 2013. V. 178. № 1. P. 3–11. DOI: 10.1016/j.virusres.2013.09.004.
12. Kilbourne E. D. Influenza pandemics of the 20th century // Emerg. Infect. Dis. 2006. V. 12. № 1. P. 9–14.
13. Suzuki Y. A phylogenetic approach to detecting reassortments in viruses with segmented genomes // Gene. 2010. V. 464. № 1–2. P. 11–16. DOI: 10.1016/j.gene.2010.05.002.
14. Nagarajan N., Kingsford C. GiRaF: robust, computational identification of influenza reassortments via graph mining // Nucleic Acids Research. 2011. V. 39. № 6. e34. DOI: 10.1093/nar/gkq1232.
15. Neverov A. D., Lezhnina K. V., Kondrashov A. S., Bazykin G. A. Intrasubtype Reassortments Cause Adaptive Amino Acid Replacements in H3N2 Influenza Genes // PLoS Genet. 2014. V. 10. № 1. e1004037. DOI: 10.1371/journal.pgen.1004037
16. Wolf Y. I., Viboud C., Holmes E. C. et al. Long intervals of stasis punctuated by bursts of positive selection in the seasonal evolution of influenza A virus // Biol. Direct. 2006. V. 1. P. 34.
17. Kryazhimskiy S., Dushoff J., Bazykin G. A. et al. Prevalence of epistasis in the evolution of influenza A surface proteins // PLoS Genet. 2011. V. 7. № 2. e1001301. DOI: 10.1371/journal.pgen.1001301.
18. Li K. S., Guan Y., Wang J. et al. Genesis of a highly pathogenic and potentially pandemic H5N1 influenza virus in eastern Asia // Nature. 2004. V. 430. № 6996. P. 209–213.
19. Ferguson N. M., Fraser C., Donnelly C. A. et al. Public health. Public health risk from the avian H5N1 influenza epidemic // Science. 2004. V. 304. № 5673. P. 968–969.
20. Yong E. Influenza: Five questions on H5N1 // Nature. 2012. V. 486. № 7404. P. 456–458. DOI: 10.1038/486456a.
21. Herfst S., Schrauwen E. J., Linster M. et al. Airborne transmission of influenza A/H5N1 virus between ferrets // Science. 2012. V. 336. № 6088. P. 1534–1541. DOI: 10.1126/science.1213362.
22. Imai M., Watanabe T., Hatta M. et al. Experimental adaptation of an influenza H5 HA confers respiratory droplet transmission to a reassortant H5 HA/H1N1 virus in ferrets // Nature. 2012. V. 486. № 7403. P. 420–428. DOI: 10.1038/nature10831.
23. Russell C. A., Fonville J. M., Brown A. E. et al. The potential for respiratory droplet-transmissible A/H5N1 influenza virus to evolve in a mammalian host // Science. 2012. V. 336. № 6088. P. 1541–1547. DOI: 10.1126/science.1222526.
Ни один год не обходится без эпидемии гриппа, а раз в несколько десятилетий, как в настоящее время, его распространение приобретает масштабы пандемии.
В мире существует множество лабораторий, постоянно пополняющих арсенал противогриппозных вакцин и лекарственных препаратов. Вирус гриппа относится к наиболее исследованным возбудителям инфекционных заболеваний. Тем не менее, ни один год не обходится без эпидемии этой инфекции, а раз в несколько десятилетий, как в настоящее время, распространение гриппа приобретает масштабы пандемии.
Характеристики вируса гриппа
Такое свойство вируса изменять свою структуру называется антигенной изменчивостью. Благодаря ей эпидемии гриппа возникают с регулярностью, несвойственной другим инфекциям, и поражают большое число людей. Существует два вида антигенной изменчивости: антигенный дрейф и антигенный сдвиг.
Что представляет из себя антигенный дрейф?
Антигенный дрейф представляет собой точечные мутации, которые затрагивают два основных вирусных белка – гемагглютинин (обозначается буквой H), обеспечивающий проникновение возбудителя гриппа в человеческие клетки, и нейраминидазу (обозначается N), ответственную за выход новых вирусов из клетки.
От чего возникает антигенный дрейф?
Возникает антигенный дрейф из-за того, что фермент, удваивающий вирусную РНК в процессе синтеза новых вирусов, не имеет механизма защиты от ошибок, неизбежно возникающих в ходе синтеза и приводящих к мутациям возбудителя.
К чему ведет процесс антигенного дрейфа?
Что способствует возникновению антигенных сдвигов?
Время от времени происходят более значительные скачкообразные изменения антигенного состава вируса – антигенные сдвиги. Способствует их возникновению то, что грипп может поражать не только человека, но и свиней, лошадей, птиц и других животных. В тех ситуациях, когда в одном организме встречаются две или более разновидности вируса, они могут обменяться целыми генами, что приводит к появлению нового штамма, иногда более агрессивного, чем каждый из исходных. Это явление и называется антигенным сдвигом.
Какие виды вируса возникли из-за таких сдвигов?
Какие существуют эффективные противогриппозные препараты?
В настоящее время наиболее эффективными противогриппозными препаратами, рекомендованными Всемирной организацией здравоохранения, являются блокаторы вирусных белков: осельтамивир и занамивир, подавляющие активность нейраминидазы, а также амантадин и римантадин, блокирующие белок M2, благодаря которому вирус прикрепляется к клеткам эпителия дыхательных путей, чтобы проникнуть в них.
Однако процессы антигенного дрейфа и антигенного сдвига приводят к появлению штаммов вируса гриппа, белки которых не подвержены действию этих препаратов. В отношении таких штаммов некоторые или все блокаторы вирусных белков становятся неэффективными.
Какие препараты избавлены от такого недостатка?
От этого недостатка избавлены препараты, действие которых направлено на повышение собственных защитных сил организма, то есть иммуномодуляторы. Их эффект не зависит от конкретного штамма вируса.
Когда лучше всего принимать данные лекарства?
Лучше всего проявляется действие этих лекарств, если начать их прием сразу после появления первых симптомов гриппа, однако они облегчают течение заболевания на любой его стадии.
Кроме того, иммуномодуляторы обладают выраженным профилактическим эффектом: если мобилизовать защитные силы организма непосредственно при ухудшении эпидситуации, не дожидаясь заражения, то при попадании вируса болезнь будет протекать в легкой форме или не разовьется вовсе. Это позволит сохранить трудоспособность и сэкономить деньги на лечении.
Какой иммуномодулятор поможет с таким изменчивым вирусом?
Эти молекулы выделяются клетками организма в ответ на вторжение вирусов и изменяют процессы жизнедеятельности клетки таким образом, что она становится невосприимчивой к вирусу и не участвует в его размножении. Кроме того, интерфероны вызывают активацию иммунных клеток – лимфоцитов и макрофагов.
Эффективность "Циклоферона"
10. MERS-CoV
MERS-CoV – возбудитель ближневосточного респираторного синдрома (БВРС), близкий родственник нового коронавируса SARS-CoV-2, который вызывает COVID-19.
Вспышка этого заболевания впервые случилась в Саудовской Аравии в 2012 году. Вирус может передаваться от человека к человеку, но предполагается, что люди чаще заражаются БВРС от верблюдов.
У большинства людей, которые заражаются этим вирусом, появляются тяжелые респираторные симптомы (лихорадка, одышка, кашель), развивается вирусная пневмония. Около трети инфицированных умерли. В 2019 году было диагностировано не менее 200 случаев болезни, преимущественно в Саудовской Аравии.
9. Ортохантавирусы (хантавирусы)
Хантовирусы обитают в Северной и Южной Америках, человек может заражаться ими от различных грызунов. Несколько вирусов из группы ортохантавирусов могут вызывать хантовирусный легочный синдром. На начальных стадиях заболевание проявляется простудными симптомами (кашлем, лихорадкой, одышкой), сонливостью. На этом фоне могут резко развиваться отек легких и тяжелая дыхательная недостаточность. Даже при своевременной интенсивной терапии риск смерти при этой инфекции достигает 36%. В 1996 году Всемирная организация сообщала о смертности в половине случаев.
8. Вирус конго-крымской геморрагической лихорадки (ККГЛ)
ККГЛ – тяжелая геморрагическая лихорадка. Сильные кровотечения и кровоизлияния развиваются примерно в 75% случаев. К симптомам болезни относятся кровоизлияния в кожу и слизистые оболочки (петехии), кровавая рвота, черный стул. Лихорадка может сопровождаться шоком и почечной недостаточностью.
Природный резервуар вируса – грызуны, крупный и мелкий рогатый скот. Человеку он передается с укусом клеща. Вероятность смерти во время различных вспышек болезни была от 9 до 50%.
7. Lassa mammarenavirus
Lassa mammarenavirus относится к семейству аренавирусов. Человек может заразиться ей в эндемических местностях во время контакта с пищей или вещами, которые загрязнены экскрементами грызунов.
Лихорадка Ласса, которую он вызывает, относится к геморрагическим лихорадкам. У 80% инфицированных болезнь протекает с незначительными симптомами, примерно у 20% проявления более выразительные: кровоточивость десен, затруднения дыхания, рвота, боль в груди, снижение давления. Среди пациентов, которые требуют госпитализации смертность в среднем 15-20%, но во время некоторых вспышек может достигать и 50%.
6. Вирус Нипах
Вирус Нипах был впервые выделен в 1999 году у фермеров и людей, которые контактировали со свиньями в Малайзии и Сингапуре. Инфекция может проявляться энцефалитом (воспалением головного мозга) и респираторными симптомами. Вирус могут передавать летучие мыши, нередка передача от человека к человеку.
Для энцефалита характерны головная боль, слабость, дезориентация и спутанность сознания. Болезнь может быстро приводить к коме. В среднем, от болезни умирает около 40% инфицированных, но во время вспышки болезни в Бангладеш, смертность достигла 78%.
5. Вирус герпеса В (Macacine alphaherpesvirus 1)
Природный резервуар инфекции герпеса В – макаки. Людям вирус может передаваться при загрязнении поврежденной кожи выделениями макак. Без своевременного лечения болезнь приводит к постоянному поражению нервной системы или смерти (смертность может достигать 80%). Первые симптомы инфекции – слабость, боль в мышцах, лихорадка, головная боль. По мере прогрессирования болезни появляются одышка, тошнота, рвота, икота, боль в животе. Далее развиваются неврологические синдромы: онемение кожи, ухудшения мышечной координации, нарушение дыхания.
4. Lujo mammarenavirus
Lujo mammarenavirus вызывает геморрагическую лихорадку Луйо. Этот вирус – родственник возбудителя лихорадки Ласса. Об этой болезни очень мало клинической информации: она основана на примере пяти пациентов из ЮАР. Четверо из них умерли, то есть, смертность составила 80%.
Природный резервуар для этого вируса – грызуны. Человек заражается при прямом контакте с ними или при вдыхании паров, которые образуют их моча и экскременты. Болезнь начинается с неспецифических простудных симптомов, далее присоединяются геморрагическая сыпь на теле, отек лица и шеи, диарея. Смерть наступает от дыхательной или циркуляторной недостаточности.
3. Марбургский вирус
Болезнь обычно начинается с сильной головной боли и слабости. Далее развиваются многочисленные кровотечения и кровоизлияния. Смертность может сильно варьировать: от 25%до 90%.
2. Вирус Эбола
Болезнь, вызванная вирусом Эбола раньше называли геморрагической лихорадкой Эбола. Четыре вида вируса могут вызывать заболевание у человека. Инфекция передается при контакте с физиологическими жидкостями больных людей.
Для болезни характерны рвота, диарея, сыпь, нарушение работы печени и почек, кровотечения. Смертность может достигать 90%.
1. Вирус бешенства
Бешенство без своевременного лечения приводит к смерти в 100% случаев. Вирус содержится с слюне и нервной ткани больных животных. Люди обычно заражаются при укусах бешенных животных.
Болезнь сопровождается воспалением головного мозга и его оболочек. Среди ее симптомов возбуждение, бессонница, паранойя, галлюцинации параличи. О бешенстве можно подробнее узнать на нашем сайте.
Но и Дженнер не имел представления о том, что является причиной заболевания оспой. В XIX веке все болезнетворные организмы и вещества без разбора называли вирусами. Лишь благодаря опытам отечественного биолога Дмитрия Иосифовича Ивановского прекратилась эта путаница! Он пропускал экстракт заражённых табачной мозаикой 1 растений через бактериальные фильтры, сквозь которые не проходят даже самые мелкие бактерии. Выяснилось, что экстракт оставался по-прежнему заразным для других растений. Значит, возбудителями табачной мозаики были организмы, меньшие по размеру, чем бактерии; их назвали фильтрующимися вирусами. Вскоре бактерии перестали называть вирусами, а сами вирусы выделили в отдельное царство живых организмов. Дмитрий Ивановский же во всём мире по праву считается основателем вирусологии — науки о вирусах.
Рис. 2. Дженнер прививает Джеймса Фиппса от оспы
Но что мы пока поняли про вирусы? Только то, что они меньше бактерий. Чем же вирусы так не похожи на другие организмы? И почему понадобилось вдруг их выделять в отдельное царство? А вот почему. В отличие от других живых организмов, вирусы не имеют клеточного строения, а значит, и всех характерных для клетки структур. А ещё они единственные, кто не умеет самостоятельно производить белок, главный строительный материал всего живого. Поэтому их размножение невозможно вне заражённой клетки. Из-за этого многие учёные не без оснований считают вирусы внутриклеточными паразитами.
Жертвами различных вирусов становятся представители всех без исключения существующих царств живых организмов! Так, есть вирусы растений — вирус табачной мозаики (рис. 3, слева), вирус мозаики костра (это растение изображено на рисунке 3, справа), вирус желтухи свёклы, вызывающий иногда даже эпидемии. Кстати, в растение вирус просто так не проникнет. Заражение происходит при травмах растительных тканей. Типичный пример: тля пьёт сок из стебля и для этого протыкает покровные ткани — а вирус тут как тут.
Рис 3. Слева: листья табака, поражённые вирусом табачной мозаики. Справа: костёр (лат. Brómus) — род многолетних травянистых растений семейства Злаки. Если посмотреть на заросли костра в ветреную погоду, его крупные метёлки, склоняясь под ветром то в одну, то в другую сторону, отсвечивают красноватым светом в солнечных лучах, очень напоминая языки пламени. Отсюда, вероятно, и произошло русское название этого растения
Грибы тоже поражаются вирусами, вызывающими, например, побурение плодовых тел у шампиньонов или изменение окраски у зимнего опёнка. Причиной многих опасных заболеваний животных и человека тоже служат вирусы: вирус гриппа, ВИЧ (вирус иммунодефицита человека), вирус Эбола, вирус бешенства, герпеса, клещевого энцефалита и т. д.
Есть даже вирусы, поражающие бактерии, их называют бактериофагами 2 . Так, в конце XIX века исследователи из Института Пастера заметили, что вода некоторых рек Индии обладает бактерицидным действием, то есть способствует снижению роста бактерий. И достигалось это благодаря присутствию в речной воде бактериофагов.
Рис. 4. Слева: вирус табачной мозаики. В центре: вирус мозаики костра похож на футбольный мяч (справа)
Рис. 5. Слева направо: вирус герпеса, аденовирус А человека, бактериофаг
Рис. 6. Маленькие вирусы-спутники внутри гигантского мимивируса
Но не стоит думать, что вирусы причиняют исключительно вред другим организмам! Так, исследователи из Пенсильванского университета показали, что безвредный для человека вирус AAV2, встречающийся почти у всех людей, убивает самые разные виды раковых клеток. При этом здоровые клетки организма вирус не заражает.
А совсем недавно стало известно, что вирусы тоже болеют. Мимивирус, поражающий амёбу Acanthamoeba polyphaga, сам страдает от другого вируса-спутника (рис. 6). Он, кстати, так и называется — Спутник. Этот вирус-спутник использует механизмы воспроизводства мимивируса для собственного размножения, мешая ему нормально развиваться в клетке амёбы. По аналогии с бактериофагами, он был назван вирофагом, то есть пожирающим вирусы. Можно сказать, что присутствие вируса-спутника в амёбе обеспечивает ей больше шансов на выживание в борьбе с мимивирусом.
Читайте также: