При некоторых психических заболеваниях упорно выявляют вирус болезни Борна.

Есть потенциальная связь между отторжением пересаженного сердца и обнаружением в таких трансплантантах вируса Эпштейна-Барр.

    Итак, многие вирусы – это враги человека, животных и растений. И хотя мы уже знаем о них довольно много, этого далеко не достаточно для того, чтобы разработать успешную стратегию борьбы с каждым конкретным вирусным патогеном. Дело осложняется тем, что мир вирусов столь разнообразен, что порой один вирус отличаются от другого более кардинально, чем отличаются между собой кишечная палочка и слон, между которыми, на взгляд обывателя, вообще ничего нет общего. Кроме того, на наиболее уязвимых стадиях своего цикла развития вирусы столь тесно интегрируются с клеткой-хозяином, что трудно найти средство, позволяющее поразить вирус, не затрагивая при этом клетки. Отсюда не случайно, что противобактериальных средств (к примеру, антибиотиков) имеется несколько сот, а эффективных противовирусных препаратов нет и двух десятков. Причем большинство из них имеет ограниченную терапевтическую ценность из-за побочных эффектов по отношению к нормальным органам и тканям.

    Другая причина, по которой следует изучать вирусы, заключается в том, что в вирусах сконцентрировались многие кардинальные проблемы современной биологической науки, решение которых было бы немыслимо на более сложных объектах исследования.

    Что же дало изучение вирусов для познания фундаментальных законов биологической науки?

    Прежде всего, вирусы в свое время дали мощный толчок для развития разнообразных химических, физико-химических и физических методов исследования, в частности – ультрацентрифугирования (аналитического и в градиенте концентрации сахарозы или солей тяжелых металлов), электрофореза, хроматографии, электронной микроскопии и т.д.

    В 1947 г. Шрамм открыл явление самосборки белковых оболочек вируса табачной мозаики (ВТМ). Впоследствии было обнаружено, что так собираются многие белковые ансамбли у различных живых организмов.

    Херши и Чейз в 1952 г. открыли чрезвычайно важное с вирусологической и общебиологической точек зрения явление. Они показали, что инфекция кишечной палочки (Escherichia coli) фагом Т2 осуществляется его ДНК, не целым фагом.

    В 1957 г. работами Френкель-Конрата и Зингер была показана возможность искусственного получения путем дезагрегации и реконструкции т.н. «химерных» вирусных частиц, в которых белок и РНК  принадлежали разным штаммам  ВТМ. Оказалось, что потомство таких химерных вирусов было неотличимо от штаммов-доноров РНК ни серологически, ни по симптомам заболевания, ни по аминокислотному составу белков. Эти эксперименты явились еще одним доказательством того, что материальными носителями генетической информации являются нуклеиновые кислоты, а не белки.

Кроме того этими опытами впервые было продемонстрировано, что генетическая информация может быть закодирована не только в ДНК, но и в РНК.

    Что касается роли белков, интересно отметить следующее. Холланд показал, что изолированные нуклеиновые кислоты некоторых вирусов (в т.ч. вирусов полиомиелита, Коксаки и ЕСНО) являются не только инфекционными (что само по себе в свое время казалось удивительным), но и могут заражать даже клетки тех организмов, которые к целому вирусу невосприимчивы. При этом в инфицированных клетках образуются зрелые вирусные частицы, идентичные исходным вирусам по всем без исключения биологическим и физико-химическим характеристикам.

    У некоторых РНК-содержащих фагов обнаружены аналогичные явления. А именно, целые частицы способны заражать только F⁺ (мужские) особи бактерий, в то время как их нуклеиновые кислоты могут инфицировать как мужские, так и женские (F^-) штаммы бактерий. Эти данные, многократно подтвержденные на самых различных вирусных моделях, позволили ученым прийти к закономерному выводу о том, что тропизм вирусов по отношению к тем или иным клеткам-хозяевам обусловливается вирусными белками.

    Интенсивные исследования вирусов привели к изменению взглядов на типы и формы нуклеиновых кислот: на двухспиральную структуру ДНК и односпиральную РНК, на тимин и урацил, которые непременно должны входить в состав ДНК и РНК, соответственно.

    В 60-х годах появилось несколько сообщений об аномалиях химического состава в вирусных нуклеиновых кислотах. Так было доказано, что у Т-четных фагов цитозин полностью замещен 5-оксиметилцитозином.

Т.о. ученые впервые столкнулись с фактом полного замещения канонического азотистого основания на неизвестное ранее его производное. Потрясением основ стало обнаружение в составе ДНК одного из фагов Bacillus subtilis урацила в сочетании с дезоксирибозой. По мере дальнейших исследований стало очевидным, что когда речь идет о вирусных нуклеиновых кислотах, нормой является, скорее, наличие самых разнообразных аномалий в их составе, а нуклеиновые кислоты с каноническими азотистыми основаниями и сахарами – большая редкость.

    За период с 1962 по 1964 г. благодаря изучению макромолекулярной структуры вирусных нуклеиновых кислот было обнаружено, что в природе существуют другие, не известные на тот момент времени типы нуклеиновых кислот: одноцепочечные (ss) ДНК, двухцепочечные (ds) РНК и циклические формы ДНК и РНК.

    Первое выделение мРНК было осуществлено в 1962 г. Баутцем и Холлом из клеток E. coli, инфицированной фагом Т2. Следует отметить, что для этой цели ученые применили весьма оригинальный метод комплементарной адсорбции мРНК на иммобилизованной фаговой ДНК.

    Неоценимую роль сыграли вирусы в решении важнейших вопросов генетики. Благодаря таким положительным качествам вирусной модели, как

-большая скорость размножения,

-простота культивирования и

-выраженная способность к рекомбинации признаков,

на ней были сделаны очень важные открытия в области общей и молекулярной генетики. Так к 1963 г. была составлена первая генетическая карта (фаг Т4), установлена единица генетической рекомбинации (равная одному нуклеотиду) и единица функции (цистрон).

Весьма неожиданно генетическая карта оказалась кольцевой, а не линейной. Начиная с указанных исследований вирусы превратились в излюбленную модель для изучения молекулярных механизмов наследственности и изменчивости организмов вообще.

    В 1950-1953 гг. Львову удалось открыть явление интеграции ДНК фагов с геномом клетки-хозяина с последующей репликацией вирусной ДНК в составе хромосомы бактериальной клетки, т.е. в состоянии т.н. «профага».

Одновременно Львов открыл феномен индукции профага под влиянием некоторых физических и химических факторов.

Спустя 10 лет (Дульбекко и Фогт, 1960) явление, аналогичное лизогении, было открыто при изучении клеток животных, зараженных некоторыми вирусами. В 1961 г. было показано, что преобразование нормальной клетки в раковую способны вызывать не только целые вирусы (например, полиомы и папилломы), но и их очищенные нуклеиновые кислоты.

 

Все эти данные подтвердили вирусо-генетическую концепцию происхождения опухолей, сформулированную в 1944-1961 гг. советским исследователем Л.А.Зильбером. Все последующие гипотезы включали в себя основное ее положение – интеграцию вирусного генома с геномом клетки-хозяина – как обязательный элемент.

    Необходимо отдельно подчеркнуть, что, как показано в последние годы, интеграция геномов (вирусного и клетки-хозяина) довольно широко распространена в природе и в определенной мере способствует обмену генетической информацией в биосфере. Другими словами, вирусы (по крайней мере, некоторые) являются инструментом бесконтактного обмена генетической информацией между живыми организмами, и этот обмен, возможно, имеет определенное эволюционно значение.

    Действительно, обмен генетической информацией между пространственно разобщенными организмами весьма полезен для эволюции, но такой обмен – редкое событие, хотя бы по той причине, что генетический материал для его осуществления должен совершить довольно опасное путешествие по внешней среде перед тем, как попасть в потенциальную реципиентную клетку. В то же время вирусы, транспортируя свою нуклеиновую кислоту от клетки к клетке, могут быть идеальными медиаторами такого генетического обмена, в ряде случаев даже межвидового.

    Таким образом, на вирусах как модели простейших живых организмов в прошлом были сделаны важнейшие открытия в области молекулярной биологии и молекулярной генетики.

 

 

Природа вирусов  

 

Вирусы являются субмикроскопическими облигатными (Облигатные паразиты — организмы, живущие в организме хозяина в анаэробных условиях) внутриклеточными паразитами. На первый взгляд, даже такое простое определение позволяет отличать вирусы от всех других групп живых организмов. Однако, это определение все же нельзя признать до конца исчерпывающим. Ясно, что нет проблем в том, чтобы увидеть разницу между вирусами и высшими организмами. Приведенного определения достаточно также и для того, чтобы отличить вирусы от прокариотов и микроскопических эукариотов таких, как грибы, простейшие и водоросли. Однако существует несколько групп прокариотических организмов, имеющих в своих жизненных циклах особые паразитические стадии, которые делают непригодным приведенное выше определение вирусов. Речь идет о риккетсиях и хламидиях – облигатных внутриклеточных паразитических бактериях. Эти бактерии в результате эволюции настолько стали ассоциированы с клеткой – хозяином, что вне её они уже существовать не могут. В связи с этим, возникла необходимость в усложнении определения – что же такое вирус.

В настоящее время одним из наиболее приемлемых определений вирусов является следующее:

    Вирусы  – это субмикроскопические (20-300 нм) ДНК- или РНК -содержащ ие объекты, репродуцирующиеся только в живых клетках, заставляя их синтезировать т.н. вирионы, которые содержат геном вируса и способны перемещать его в другие клетки.

    Это определение отражает два главных качества вирусов: во-первых, наличие у вируса собственного генетического материала, который внутри клетки-хозяина ведет себя как часть клетки, и, во-вторых, существование внеклеточной инфекционной фазы, представленной специализированными частицами, или вирионами, которые служат для введения генома вируса в другие клетки.

Еще раз следует подчеркнуть, что внутриклеточный паразитизм свойственен не только вирусам. Однако паразитизм вирусов – особый. Его можно характеризовать, как паразитизм на генетическом уровне. В отличие от вирусов, такие паразиты, как риккетсии, малярийный плазмодий, имеют собственный рибосомный и митохондриальный аппараты и клеточную организацию.