Вирусные инфекции   

Активная жизнь вирусов продолжается от нескольких минут до многих часов. Быстрее всего расправляются с клетками фаги. От момента их встречи с чувствительной бактерией до момента гибели последней проходит всего лишь 15—20 минут. При этом из одной клетки может освобождаться до нескольких тысяч новых частиц фага, и каждая из этих частиц обладает огромной-потенцией разрушения. Она может заразить здоровую клетку и через некоторое время разрушить ее, произведя на свет новые полчища невидимых убийц. Процесс размножения фагов продолжается до тех пор, пока не будут уничтожены все чувствительные к фагу бактерии.

Вирусы полиомиелита, энцефалита, оспы также вызывают взрывоподобную гибель клеток с одновременным выходом больших количеств нового вирусного потомства. А у многих других вирусов размножение проходит несколько циклов и имеет ступенчатообразный характер. Так, у возбудителя гриппа первый цикл занимает 6—9 часов, а каждый последующий приблизительно по 5 часов. «Урожай» этого вируса после каждого цикла составляет около 100 вновь образовавшихся частиц на одну клетку. По мере созревания они как бы всплывают из глубин на поверхность клетки и медленно проникают сквозь ее оболочку, часто одеваясь при этом в нее. В таких случаях клетка работает на износ и, после того как ее способность производить вирус истощается, она постепенно разрушается и погибает.

Мы разобрали последовательность процесса размножения вирусов при так называемой явной инфекции, когда война против клетки идет в открытую. Но существует и другой тип вирусной инфекции. Ее называют скрытой, или латентной.

Можно понять удивление ученых, когда они впервые столкнулись с «маскировкой» вируса: после проникновения внутрь клетки он не проявлял своего вредоносного действия. Иногда он передавался потомству клеток и переходил из поколения в поколение.

Для того чтобы яснее представить сущность происходящего процесса, лучше всего вновь обратиться к хорошо изученной модели фаг- бактерия .Замаскировавшийся фаг (его называют умеренным) не размножается и не разрушает микроорганизмы, как бы переходит в неинфекционную форму. А сами бактерии (их называют лизогенными) продолжают хорошо расти на питательных средах, имеют обычную морфологию и отличаются от незараженных только тем, что приобретают устойчивость к повторному заражению (иммунитет). Создается впечатление, что в этом случае в борьбе с фагом победила бактерия. Но на самом деле это не так.

Бактерии превосходно чувствуют себя и в керосине: в осадке находят продукты их жизнедеятельности. Для предохранения керосина ученые синтезировали органические вещества, содержащие медь, кобальт, железо. Добавка этого препарата обеспечивает стерильность керосина .Чтобы повысить производительность нефтяных скважин, венгерские ученые призвали на помощь... бактерий. 50 литров культуры бактерий вместе с 25 тоннами специальной питательной среды заливают в нефтяную буровую скважину. Углекислый газ, в большом количестве вырабатываемый бактериями, облегчает отделение нефти от породы и подает «черное золото» под давлением на поверхность. Добыча нефти с применением такого способа утроилась.

Замаскированный вирус начинает действовать, как только лизогенная бактерия попадает в неблагоприятные условия: он активизируется и переходит в полноценную форму. Большинство клеток при этом распадается и начинает выделять вирусы, как при обычной инфекции. Это явление называется индукцией, а факторы, ее вызывающие,— индуцирующими факторами.

Лизогения широко распространена среди микробов. Отдельные виды лизогенных бактерий (их называют полилизогенными) способны выделять до пяти различных типов фага.

Латентные, или бессимптомные, вирусные инфекции по-видимому встречаются в природе чаще острых. У человека и животных латентная инфекция наблюдается при таких, например, заболеваниях, как полиомиелит, бешенство. Вирусы, вызывающие эти болезни, могут очень долго находиться в организме, не обнаруживая своего присутствия. Неблагоприятные условия активизируют возбудителей и являются тем провоцирующим фактором, который переводит скрытую, бессимптомную вирусную инфекцию в явную. Возможно, именно таков механизм заболевания гриппом.

В одних случаях тип вирусной инфекции зависит от того, какое количество возбудителя попало в организм, в других связан с возрастом организма и его чувствительностью к данному возбудителю.

Наконец, возможен и такой механизм латентной инфекции. Под действием вредных для вируса факторов его белковая оболочка изменяется, и вирусная нуклеиновая кислота оказывается как бы замурованной внутри частицы, без возможности выйти наружу. Такой вирус может проникнуть в клетку и длительное время находиться в ней, оставаясь неактивным. В дальнейшем ферменты клетки приспосабливаются и разрушают его оболочку, нуклеиновая кислота высвобождается и начинается размножение вируса.

роль спички в пожаре

Сейчас насчитывается уже больше 30 опухолей человека и животных, которые вызываются вирусами. Это лейкозы и саркома кур, рак молочных желез мышей, лейкозы, папиллома и рак кроликов и т. д. В большинстве случаев

возбудители опухолевого роста, находясь внутри клетки, ничем не выдают своего присутствия. Свое болезнетворное действие они проявляют только при определенных условиях — в союзе с веществами, способствующими росту опухоли. Эти (канцерогенные) вещества вызывают возникновение в организме очагов активно делящихся молодых клеток. Такие клетки являются отличной средой для развития опухолеродных вирусов: размножающийся вирус стимулирует перерождение возникших молодых клеток в опухолевые.

Видный советский вирусолог Л. А. Зильбер предложил вирусогенетическую гипотезу возникновения опухолей. По его мнению, опухолеродные вирусы неспособны разрушить клетку, но могут вызвать в ней наследственные изменения, играя при этом как бы роль спички, и могут не принимать участия в возникшем пожаре. Действительно, в сформировавшихся опухолях вирус обычно не обнаруживается. Известно также, что измененные клетки нечувствительны к повторному заражению.

У возбудителей опухолевого роста действующим началом также является нуклеиновая кислота. Это было доказано в опытах с заражением изолированной ДНК, полученной из вируса полиомы (множественной опухоли). Нормальные клетки превращались в опухолевые и после введения в организм мышей вызывали появление опухолей. Считается, что нуклеиновая кислота опухолеродных вирусов вступает в соединение с генетическим аппаратом клетки, меняя ее наследственные свойства.

волшебные фонарики

Мы говорили главным образом о размножении вирусов. Но вы, конечно, понимаете, что нас гораздо больше интересуют изменения, происходящие в клетках, пораженных вирусом. Ученые исследуют изменения в строении клетки, в обмене белков и нуклеиновых кислот, выясняют, как изменились ее наследственные свойства.

Нарушение обмена веществ, вызванное размножением вируса, неизбежно приводит к глубоким изменениям функции и структуры клеток. Характер этих изменений зависит от типа вируса, вида и состояния клеток и условий окружающей среды.

Существуют специальные краски — флуорохромы, которые светятся, когда на них попадает синий или фиолетовый свет. Если такой краской обработать клетку, то она тоже начинает светиться, причем различные ее части светятся по-разному. Препараты, окрашенные флуорохромами, изучают с помощью специальных люминесцентных микроскопов, у которых источником света служат мощные ртутно-кварцевые лампы, излучающие максимум энергии в сине-фиолетовой и ультрафиолетовой части спектра.

Особенно интересным светящимся красителем оказался акридиновый оранжевый. Он жадно соединяется с нуклеиновыми кислотами и окрашивает их в разные цвета. В препаратах, обработанных им, ДНК светится красивым желто-зеленым цветом, а РНК — рубиново-красным, причем краски идет такое незначительное количество, что она не оказывает вредного действия на исследуемые клетки. Это дает возможность наблюдать за изменением внутриклеточных нуклеиновых кислот при течении вирусной инфекции.

Интересные результаты были получены при люминесцентной микроскопии нервных клеток обезьян, зараженных вирусом полиомиелита. Когда болезнь протекала тяжело, с развитием паралича, количество РНК в цитоплазме резко падало, вплоть до полного ее исчезновения. Но если движения в парализованной конечности восстанавливались, количество РНК в цитоплазме сохранившихся нервных клеток снова делалось нормальным.

Так, с помощью флуорохромов ученые исследуют «поведение» нуклеиновых кислот вирусов в клетке.

А какова судьба второго основного компонента вирусной частицы — белка? Если белок тех частиц возбудителя, которые вызвали инфекцию, не проникает в клетку, а почти весь остается «за бортом», то как, в каком месте и с какой скоростью он вновь синтезируется?

Ответить на этот вопрос помог другой метод люминесцентной микроскопии, названный методом люминесцирую- щих антител. Он стал широко применяться в последние годы.

Сущность этого метода сводится к следующему. Если в организм человека или животного ввести небольшое количество какого-нибудь вируса, то через некоторое время в крови можно будет обнаружить присутствие так называемых противотел, или антител. Мы уже говорили, что антитела вступают в реакцию только с белком того вируса, для борьбы с которым они были образованы организмом. При этом они связываются с чужеродным белком, нейтрализуют и обезвреживают его.

Но как увидеть такое соединение? Был придуман хитроумный способ: ученые стали метить антитела флуорохромом. Соединение таких меченых антител с вирусом можно легко обнаружить под люминесцентным микроскопом.

Метод флуоресцирующих антител был применен во многих исследованиях. Он позволил не только определять наличие вируса в тех клетках, которые внешне выглядели незараженными, но, что не менее важно, с помощью этого метода удалось установить место и скорость образования вирусного белка в клетке.

можно ли среди врагов найти друзей!

С вирусами, проникшими внутрь клетки, бороться очень трудно, так как клегка не только надежно защищает их от всевозможных воздействий, но и всячески, как вы уже могли убедиться, содействует их размножению. Вирус, проникший внутрь клетки, почти неуязвим. Для его уничтожения не годятся средства, убивающие внеклеточный вирус (дезинфицирующие вещества, нагревание, облучение и др.), так как они оказывают губительное влияние и на клетку. Поэтому все ранее существовавшие методы защиты организма от болезнетворных вирусов сводились к тому, чтобы не пропускать их в клетку. Теперь нам предстоит познакомиться с самой важной группой полезных вирусов — вакцинами. В настоящее время всем известно, что вакцины — это препараты из убитых или ослабленных микробов и вирусов, после введения которых люди становятся невосприимчивыми (иммунными) к тяжелым инфекционным заболеваниям.

Как действуют вакцины? Они могут вызвать заболевание, но оно протекает в такой легкой форме, что обычно остается незамеченным. При этом организм как бы знакомится с вирусом и учится обезвреживать его. Возникает состояние активного иммунитета, то есть невосприимчивости к данному возбудителю. В крови вакцинированных людей легко обнаружить антитела, которые связываются с белковой оболочкой вирусов соответствующего типа и нейтрализуют их.

Если сыворотку, содержащую антитела против какого- нибудь вируса, ввести в организм невакцинированного человека, то он будет некоторое время нечувствителен к данному вирусу. Такой иммунитет называется пассивным. Он не столь эффективен и длителен, как активный иммунитет, но зато возникает сразу же после введения сыворотки. Создание пассивного иммунитета — весьма эффективное лечебное средство в случаях, когда вирус уже попал в организм, но не успел еще проявить своего болезнетворного действия.

Сейчас существуют вакцины против многих бактериальных и вирусных заболеваний. Благодаря им человек смог избавиться от таких страшных инфекционных болезней, как чума, oqna, холера, бешенство, и научился успешно бороться с дифтерией, столбняком, туляремией и другими заболеваниями.

Всего несколько лет назад ученые получили вакцины против полиомиелита и кори. Они помогают предупреждать эти опасные детские заболевания.На повестке дня борьба с другими инфекциями и в первую очередь с гриппом.

Но как все же бороться с вирусами, которые преодолели все защитные барьеры организма и проникли внутрь клетки? Вводить сыворотку и вакцину в этом случае уже бесполезно.

Изучение структуры вирусной частицы и роли отдельных ее компонентов, а также взаимоотношений вирусов с клетками позволяет наметить новые пути для решения этой задачи. Ведь уже известно, что внутрь клетки проникает нуклеиновая кислота, значит, именно на эту часть вируса, организующую синтез новых частиц, и должен быть направлен основной удар.

Работники Новосибирского филиала АН СССР недавно предложили использовать для этой цели ферменты, которые расщепляют нуклеиновую кислоту — нуклеазы. Первые опыты оказались удачными. С помощью этих ферментов удалось резко затормозить размножение вирусов гриппа, полиомиелита и аденовирусов. Препарат был испытан на больных и дал обнадеживающие результаты. Так, аденовирусы вызывают у детей тяжелый конъюнктивит (поражение глаз), который при обычном лечении проходит через месяц-полтора. Фермент же снимает острые явления через два-три дня.

Целесообразно также применение антибиотиков, избирательно действующих на вирус. Правда, полученные в настоящее время ядовиты для клеток, но поиски новых противовирусных антибиотиков продолжаются, и работа эта очень важна.

вирусы против бактерий

Существуют ли полезные вирусы? Этот вопрос не должен показаться вам странным, потому что вы уже познакомились с методом вакцинации. А теперь давайте рассмотрим другие примеры применения вирусов. Вы помните, что они могут вызывать болезни не только у человека, но и у животных, насекомых, растений и даже бактерий. Среди последних есть много наших врагов. А если попробовать защищаться от них с помощью вирусов? Смогут ли враги наших врагов стать нашими союзниками?

Мы уже знаем, что бактериофаг быстро и безжалостно расправляется со своими жертвами. Палочки чумы, брюшного тифа, дизентерии и холеры буквально тают на глазах после встречи с ним. Ему требуется всего 10—15 минут, чтобы расправиться с нормальной бактерией.

Представьте себе такой опыт. В колбу с питательной средой добавлено немного бактерий. Они начинают активно делиться, и уже через сутки питательная среда становится мутной, так как содержит около миллиарда бактериальных клеток. Затем в ту же колбу вносят несколько капель соответствующего бактериофага. Если через несколько часов посмотреть эту колбу, то легко заметить, что ее содержимое стало прозрачным. Что же произошло с бактериями? Возьмите каплю жидкости из колбы под микроскоп. Вы увидите лишь бесформенные обломки клеток, нормальные же бактерии исчезли.

Обнаружив подобное явление, канадский биолог Д'Эрелль попробовал применить бактериофаги для предупреждения и лечения инфекционных болезней. После успешных опытов на животных он решил испытать их целебные свойства на людях. В Индии в это время началась эпидемия холеры. Там ученый стал изучать распространение этого страшного заболевания. Вскоре он заметил, что в селах, где колодезная вода содержала бактериофаг, люди не болеют холерой. Тогда по его распоряжению в колодцы стали вливать по небольшой колбочке бактериофага. Болезнь пошла на убыль, фаг помог людям с ней справиться.

После этого фагов стали применять для предупреждения и лечения многих других инфекционных заболеваний, но, к сожалению, результаты оказались не всегда столь хорошими, как того ожидали. В организме человека фаги нападали на бактерий не так активно, как в пробирке. Кроме того, бактерии очень быстро становились нечувствительными к действию фагов. Постепенно фагов как лекарство перестали использовать, но у этих вирусов были обнаружены другие очень ценные свойства.

Мы уже говорили, что фаги очень точно находят «свои» бактерии и быстро растворяют их. Эти свойства и легли в основу диагностики. Обычно это делается так: выделенные из организма больного бактерии выращивают на питательной среде, после чего колонии заражают различными фагами (например, дизентерийными, брюшнотифозными, холерными и др.). Через сутки чашки просматривают на свет и определяют, какой фаг вызвал растворение (лизис) бактерий. Если такое действие оказал дизентерийный фаг, значит из организма больного выделены бактерии дизентерии, если брюшнотифозный — бактерии брюшного тифа и т. д. Это очень точный метод.

Несколько лет назад советские микробиологи В. Д. Ти- маков и Д. М. Гольдфарб разработали новый способ выявления бактерий с помощью фагов. Раньше все исследователи смотрели, что происходит с бактериями после их встречи с фагом. А нельзя ли по изменению количества фагов судить о присутствии или отсутствии искомых бактерий в исследуемом материале? В. Д. Тимаков и Д. М. Гольдфарб исходили из предположения, что после встречи фага с чувствительными к нему бактериями происходит его размножение и в окружающую среду выходят полчища новых фаговых частиц. Значит, при увеличении количества фага можно говорить о наличии в материале соответствующих бактерий! После тщательной проверки это предположение было полностью подтверждено, и бактериологи получили возможность легко и быстро определять наличие самых разнообразных вредоносных бактерий как в организме больных, так и в воде, почве, продуктах и т. д.