Ы Вёрстка Вставить портрет д’Эрелля, файл: д’Эрелль

Феликс д’Эрелль

С первых шагов вирусологии многие исследователи придерживались мнения, что вирусы — мелкие, фильтрующиеся (то есть проходящие через бактериальные фильтры) формы микроорганизмов, утерявшие способность расти на обычных субстратах. Первые наблюдения над фильтрующимися формами сделал Н.Ф. ГамалЌя (1898), обнаруживший просветление взвеси палочек сибирской язвы в дистиллированной воде, вызванное разрушением бактерий, и способность этой жидкости в течение 6–12 ч вызывать разрушение свежих культур сибиреязвенной палочки. В этом же плане интересные попытки вырастить вирусы на различных питательных средах делал директор Лондонского Брауновского общества Ф. Тђорт. В ходе экспериментов он также обратил внимание на необычное «стекловидное перерождение» колоний стафилококков, загрязнявших его посевы. Тђорт отметил, что подобные колонии теряли способность к пересевам, а внесение их содержимого в здоровые колонии вызывало перерождение последних. В своей статье (The Lancet, 1913) он заключил, что причиной перерождения может быть фермент, разрушающий сами клетки-продуценты, или агент, поражающий бактерии. Это открытие подтвердил Ф. д’ЭрЌлль, выделивший из кишечника больного шигеллы, содержащие некий агент, растворяющий их, и назвал его «невидимый бактериальный антагонист», или бактериофаг (фаг). В настоящее время сам термин «бактериофаг» [от бактерия + греч. phagein, поедать] явно исчерпал своё значение и употребляется больше как дань традиции, нежели по существу. Более полно отражает его природу и наши представления о бактериофагах термин «бактериальный вирус».

Особый интерес развивающейся области придало открытие онкогенных вирусов (П. РЊус, 1901). Однако длительное время развитию вирусологии препятствовало отсутствие адекватных моделей и методов изучения возбудителей. Исследования ограничивались моделированием вирусных инфекций на лабораторных животных. Исследования П. РуЊ (1911), Э. ГудпЊсчера и Э. ВудрЊфф (1931), Ф. БернЌта (1933) и других учёных заложили основы культивирования вирусов в эмбрионах кур, что позволило позднее перейти к использованию и других ткЊневых моделей. Совершенствование электронной микроскопии позволило детально изучить морфологию и организацию вирусных частиц. После того, как были открыты микоплазмы, также проходящие через фильтры, к вирусам перестали применять прилагательное «фильтрующиеся». В 1956 г. было сделано ещё одно краеугольное открытие в вирусологии — было установлено, что нуклеиновые кислоты вирусов могут проявлять инфекционные свойства. Этот факт лёг в основу открытия механизма размножения вирусов.

Благодаря успехам в разработке вакцин против многих вирусов — оспы, бешенства, полиомиелита, кори, жёлтой лихорадки и многих других — стала возможна эффективная борьба с вирусными инфекциями человека. В настоящее время эта ещё недавно довольно узкая дисциплина — одна из наиболее интенсивно развивающихся медико-биологических наук. Интерес к вирусологии объясняет, во-первых, ведущая роль вирусов в инфекционной патологии человека, их удельный вес (особенно на фоне практически полного отсутствия средств специфической химиотерапии) возрастает по мере снижения заболеваемости бактериальными, грибковыми и протозойными инфекциями. Во-вторых, на моделях вирусов (как относительно просто организованных формах) разрешают многие фундаментальные вопросы биологии. Одним из крупнейших вкладов вирусологии в современную науку считают открытие фермента обратной транскриптазы, использование которой лежит в основе генной инженерии.

Репродукция вирусов

Фундаментальное отличие вирусов от других инфекционных агентов состоит в механизмах их репродукции: вирусы не способны к самостоятельному размножению. Репликация генетического материала вирусов (ДНК или РНК), а также экспрессия вирусных генов (вирусный ген ј вирусный белок) осуществляются при помощи механизмов репликации, транскрипции, сплайсинга и трансляции инфицированной клетки-хозяина. Циклы репродукции вирусов в инфицированной клетке зависят от типа вирусной нуклеиновой кислоты (подробнее см. раздел «Вирусы» в главе 2).

Репродукция +РНК-вирусов

+РНК-вирусы (например, пикорна- и тогавирусы) проникают в чувствительную клетку путём виропексиса. Репродуктивный цикл начинается после высвобождения вирусного генома в цитоплазме (рис. 5 – 1).

Ы Вёрстка Рисунок 5–1

Рис. 5 – 1. Репродуктивный цикл + РНК - содержащих вирусов. После адсорбции вирус проникает в клетку путём виропексиса (1). Вирусная +РНК высвобождается в цитоплазме (2). Поскольку молекулярная симметрия вирусной +РНК аналогична мРНК, то +РНК может непосредственно распознаваться и транслироваться рибосомами (3). Образуется гигантская полипротеиновая молекула. Клеточные протеазы «нарезают» образующийся вирусный полипротеин (4) с образованием РНК-зависимой РНК-полимеразы, вирусной протеазы, ингибиторов синтеза клеточных РНК и различных структурных белков. РНК-полимераза катализирует образование –РНК на матрице родительской +РНК (5). Затем уже на матрице –РНК происходит многократный синтеза молекул +РНК (6), участвующих в синтезе вирусных белков (7) либо входящих в состав генома дочерних популяций вирусов (8).

Пикорнавирусы

Пикорнавирусы размножаются подобно большинству +РНК-содержащих вирусов. Среди них наиболее хорошо изучен полиовирус (возбудитель полиомиелита), имеющий небольшие размеры, «голый» капсид и однонитевую молекулу +РНК. Адсорбционные возможности полиовируса ограничены клетками приматов и человека, имеющих специфические рецепторы. Репликация +РНК полностью происходит в цитоплазме клетки. Репродуктивный цикл подразделяют на раннюю и позднюю стадии.

Ранняя стадия репродукции включает процессы, происходящие после проникновения вируса в клетку до образования большого количества копий +РНК в процессе репликации (см. главу 2).

Поздняя стадия репродукции включает синтез белков капсида. Образованные в репликативном синтезе молекулы +РНК функционируют как мРНК, транслируясь в один гигантский полипептид, «нарезаемый» протеазами на капсидные белки. После самосборки капсидов формируется зрелая дочерняя популяция. Поскольку пикорнавирусы лишены суперкапсида, то высвобождение популяции сопровождается массивным повреждением клеточной мембраны с последующим лизисом инфицированной клетки.

Тогавирусы

После проникновения вириона в клетку синтезируется вирусная полимераза (РНК-зависимая РНК-полимераза), катализирующая образование –РНК на матрице +РНК. Образовавшиеся цепи –РНК служат матрицей для синтеза двух типов +РНК (полная и короткая нити). Каждая +РНК транслируется в большой полипептид, подвергающийся последовательному расщеплению и процессингу. Полная нить (42S) служит «шаблоном» для синтеза вирусных полипептидов или идёт на построение геномов дочерних популяций вируса; короткая нить (26S) кодирует белки капсида и два оболочечных белка. Последние гликолизируются, расщепляются и встраиваются в клеточную мембрану, модифицируя её. Дочерние вирионы почкуются через изменённые участки мембраны с образованием суперкапсида.

Ретровирусы

Репродуктивный цикл +РНК-ретровирусов уникален, так как при его реализации как промежуточный продукт образуются молекулы ДНК (рис. 5 – 2). Поскольку обратная транскрипция и интеграция вирусного генома предшествуют репликации, то (в противоположность прочим молекулам вирусных +РНК) плюс - молекулы РНК ретровирусов не проявляют инфекционных свойств, а служат матрицей для синтеза молекулы –ДНК РНК-зависимой ДНК-полимеразой (обратной транскриптазой, ревертазой), входящей в состав вирусной частицы. С молекул –ДНК копируются цепи +ДНК. Затем обе цепи соединяются с образованием двойной цепи и транспортируются в ядро клетки. Клеточные эндонуклеазы и лигазы (интегразы) катализируют сплайсинг ДНК клетки с вирусной ДНК. В результате образуются новые, рекомбинантные молекулы ДНК. Вновь образованная ДНК транскрибируется клеточной ДНК-зависимой РНК-полимеразой в +РНК. Полная копия +РНК способна формировать геномы дочерних популяций, а также транслироваться как мРНК с образованием структурных белков и ферментов, участвующих в сборке вирионов. Эти копии могут быть подвергнуты РНК-сплайсингу — устранению интронов из мРНК-предшественника; в результате образуются малые молекулы мРНК, кодирующие поверхностные, регуляторные и добавочные белки вируса. Самосборка вирусов и созревание вирусных частиц происходит в цитоплазме. Зрелые вирионы выходят из клетки, отделяясь от неё почкованием (высвобождение вируса в окружающую среду может длиться годами).

Ы Вёрстка Рисунок 5–2

Рис. 5 – 2. Репродуктивный цикл ретровирусов. Инфекционная вирусная частица (1) проникает в клетку путём слияния с клеточной стенкой после адсорбции на ней. Затем вирус «раздевается», а обратная транскриптаза индуцирует синтез –ДНК, используя в качестве матрицы молекулу +РНК (2). +ДНК копируется с синтезированной молекулы –ДНК, в результате чего образуется двойная цепь ДНК (дДНК) (3). дДНК транспортируется в ядро клетки, где клеточная ДНК подвергается ДНК-сплайсингу (связывание одной молекулы ДНК с другой) с образованием рекомбинантов с вирусной ДНК (4). Интегрированная молекула ДНК транскрибируется клеточной ДНК-зависимой РНК-полимеразой с образованием вирусной +РНК (5). Часть молекул +РНК используется для создания геномов дочерних популяций, другая часть подвергается РНК-сплайсингу (устранение интронов из мРНК-предшественника) с образованием мРНК малого размера для синтеза (через стадию образования полипротеинов) структурных белков и ферментов (6). Зрелые дочерние популяции высвобождаются почкованием (7).