Вирусы. Происхождение и распростронение. Систематизация. Грипп

Ведение.

Существует большая группа живых существ, не имеющих клеточного строения. Эти существа носят названия вирусов (лат "вирус" - яд) и представляют неклеточные формы жизни. Вирусы нельзя отнести ни к животным, ни к растениям. Они исключительно малы, поэтому могут быть изучены только с помощью электронного микроскопа.

Вирусы способны жить и развиваться только в клетках других организмов. Вне клеток живых организмов вирусы жить не могут, и многие из них во внешней среде имеют форму кристаллов. Поселяясь внутри клеток животных и растений, вирусы вызывают много опасных заболеваний. К числу вирусных заболеваний человека относятся, например, корь, грипп, полиомиелит, оспа. Среди вирусных болезней растений известна мозаичная болезнь табака, гороха и других культур; У больных растений вирусы разрушают хлоропласты, и пораженные участки становятся бесцветными.

Вирусы открыл русский ученый Д. И. Ивановский в 1892 г.

Каждая вирусная частица состоит из небольшого количества ДНК или РНК, т. е. генетического материла, заключенного в белковую оболочку. Эта оболочка играет защитную роль.

Известны также вирусы, поселяющиеся в клетках бактерий. Их называют бактериофагами или фагами (греч "фагос" - пожирающий). Бактериофаги полностью разрушают бактериальные клетки и потому могут быть использованы для лечения бактериальных заболеваний, например дизентерии, брюшного тифа, холеры.

Строений вирусов дает основание считать их неклеточными существами.

Природа и происхождение вирусов.

Современные представления о вирусах складывались поВнстепенно. После открытия вирусов Д. И. Ивановским (1892) их считали просто очень мелкими микроорганизмами, не споВнсобными расти на искусственных питательных средах. Вскоре после открытия вируса табачной мозаики была доказана виВнрусная природа ящура [Fler F, Frosch P. 1898], а еще через несколько лет были открыты бактериофаги [d'Herrelle F., 1917]. Таким образом, были открыты три основные группы виВнрусов, поражающие растения, животных и бактерии.

Однако в течение длительного времени эти самостоятельВнные разделы вирусологии развивались изолированно, а наибоВнлее сложные вирусы тАФ бактериофаги тАФ долгое время считаВнлись не живой материей, а чем-то вроде ферментов. Тем не менее, уже к концу 20-х тАФ началу 30-х годов стало ясно, что вирусы являются живой материей, и примерно тогда же за ними закрепились наименования фильтрующихся вирусов, или ультравирусов. Это нашло отражение в одной из первых моВннографий о них [Hauduray, 1936]. Позже приставки отпали, и укоренилось ныне применяемое обозначение тАФ вирусы, под которым объединили вирусы растений, животных и бактериоВнфагитАФ бактериальные вирусы.

В конце 30-х тАФ начале 40-х годов изучение вирусов продвиВннулось настолько, что сомнения в живой их природе отпали, и было сформулировано положение о вирусах как организмах [Burnet F., 1945]. Основанием для признания вирусов оргаВннизмами явились полученные при их изучении факты, свидеВнтельствовавшие, что вирусы, как и другие организмы (животВнные, растения, простейшие, грибы, бактерии), способны разВнмножаться, обладают наследственностью и изменчивостью, приспособляемостью к меняющимся условиям среды их обиВнтания и, наконец, подверженностью биологической эволюции, обеспечиваемой естественным или искусственным отбором.

Концепция о вирусах как организмах достигла своего расВнцвета к началу 60-х годов, когда было введено понятие ВлвирионВ» как вирусного индивидуума [Lwoff A. et al., 1962]. Однако в эти же годы, ознаменовавшиеся первыми успехами молекуВнлярной биологии вирусов, начался и закат концепции о вируВнсах как организмах, и эти противоречивые процессы (триумф и закат) нашли свое отражение на 1-м Международном симпоВнзиуме [Cold Spring Harbor, 1962]. Уже тогда одновременно с введением понятия ВлвирионВ» были показаны, с одной стороны, отличия их строения от строения клеток и даже был введен термин ВлархитектураВ» вирионов [Caspar, Klug А., 1962]. С друВнгой стороны, были обобщены факты, указывавшие на соверВншенно отличный от клеток тип размножения, который некотоВнрое время называли дизъюнктивной репродукцией, подчеркиВнвая разобщенность тАФ временную и территориальную тАФ синтеВнза генетического материала (РНК, ДНК) и белков вирусов. В докладе на упоминавшемся симпозиуме [Lwoff A. et al., 1962] был также сформулирован основной критерий отличия вирусов от других организмов: генетический материал вирусов является одним из двух типов нуклеиновых кислот (РНК или ДНК), в то время как организмы имеют оба типа нуклеиновых кислот.

Этот критерий в дальнейшем оказался неабсолютным, так как, во-первых, ДНК-содержащие вирусы в ходе репродукции синтезируют информационные (или матричные) РНК, во-втоВнрых, РНК-содержащие ретровирусы в ходе репродукции синВнтезируют ДНК, а кроме того, крупные РНК-содержащие виВнрусы (оспы, герпеса) могут содержать небольшие количества РНК также и в вирионах, а небольшие количества ДНК (все же, вероятно, клеточной) обнаружены в вирионах вирусов гриппа. Основным и абсолютным критерием, отличающим виВнрусы от всех других форм жизни, является отсутствие у них собственных систем синтеза белка (рибосомных систем).

Накопившиеся к настоящему времени данные позволяют также прийти к выводу, что вирусы не являются организмами, пусть даже мельчайшими, так как любые, даже минимальные организмы типа микоплазм, риккетсий или хламидий имеют собственные белоксинтезирующие системы.

Способ размножения вирусов также отличается от деления, почкования, спорообразования или полового процесса, котоВнрые имеют место у одноклеточных организмов, у клеток мноВнгоклеточных организмов и у последних в целом. Репродукция, пли репликация, как обычно обозначают размножение вируВнсов, происходит дизъюнктивно (последний термин ныне чаще подразумевается, чем употребляется). Формирование вирионов происходит либо путем само сборки (упаковка вирусной нукВнлеиновой кислоты в белковый капсид и образование таким путем нуклеокапсида), либо с участием клетки (некоторые липидсодержащие фаги микоплазм), либо обоими способами (оболочечные вирусы). Конечно, противопоставление митотического деления клетки и репликации не абсолютно, так как способы репликации генетического материала клетки и ДНК-содержащих вирусов принципиально не отличаются, а если учесть, что и синтез генетического материала у РНК-содержащих вирусов также осуществляется по матричному типу, то относительным является противопоставление митоза и реплиВнкации всех вирусов. И, тем не менее, различия в способах разВнмножения клеток и вирусов настолько существенны, что имеВнет смысл делить весь живой мир на вирусы и невирусы.

К вирусам не применимы и многие другие понятия, являюВнщиеся ВлатрибутамиВ» организмов, и, прежде всего такие фунВндаментальные понятия, как ВлособьВ», ВлпопуляцияВ», ВлвидВ».

Принято трактовать понятие ВлвирионВ» как вирусный индиВнвидуум, хотя вирион является лишь определенной стадией жизВнни вируса, и как раз той стадией, на которой вирус не проявВнляет жизнедеятельности. Поэтому было даже предложено имеВнновать эту стадию существования вируса вироспорой. Между тем существует несколько групп вирусов, у которых геном не только фрагментарен (это имеет место и у клеток эукариотов, геном которых дискретен и существует в виде суммы хроВнмосом), но и разные его фрагменты разобщены и находятся в различных частицах. Вирус проявляет инфекционные свойВнства лишь при попадании полного набора разноименных часВнтиц, число которых у вирусов растений 2тАФ4, а у некоторых вирусов насекомых до 28. Что же представляет собой вирусВнный индивидуум в этих случаях, когда даже понятие ВлвирионВ» не может быть применено?

Переходя к анализу активной жизнедеятельности вируса, которая целиком сводится к его репродукции, мы обнаруживаВнем, что место проникшего в клетку вириона занимают либо голая нуклеиновая кислота его (например, у вируса полиомиеВнлита), либо нуклеопротеидный комплекс (например, у вируса гриппа), либо более сложные субвирионные структуры (например, у реовируса). Затем происходит синтез дочерних молекул вирусного генома. У многих ДНК-содержащих вирусов этот процесс не только сходен с синтезом клеточной ДНК хромоВнсом, но и обеспечивается в значительной степени, а иногда почти полностью клеточными ферментами. Причем это имеет место не только при образовании простых и мелких вирусов (паповавирусы, парвовирусы), но и при синтезе сложных вируВнсов с большим геномом (герпесвирусы, иридовирусы), у котоВнрых некоторая доля синтезов ДНК катализируется собственВнными ферментами. Образующиеся при этом репликативные интермедиаты вряд ли могут быть охарактеризованы как виВнрусные индивидуумы: это матрицы, на которых синтезируются многочисленные копии дочерних геномов вируса. У вирусов с геномом в виде однонитевой РНК они либо информационно бессмысленны, т. е. не кодируют соответствующие вирусспецифические белки (вирусы с позитивной полярностью генома), либо, напротив, содержат гены для вирусных белков, так как вирионная РНК не обладает кодирующими свойствами.

Наряду с продуктивным циклом некоторые ДНК-содержащие вирусы (умеренные фаги, паповавирусы, вирус гепатита В и др.) могут вступать в интегративное взаимодействие с клеточным геномом, ковалентно встраиваясь в него и, превращаясь в группу клеточных генов, которые передаются клеткам тАУ потомкам (у эукариотов) по законам Менделеева. В этом состоянии интегрированный вирусный геном, обозначаемый как провирус, фактически является группой клеточных генов. Если в провирусе произойдет мутация, делающая невозможным "вырезание" вирусного генома из клеточного, такой дефектный провирус может навсегда стать составной частью генома. Многие данные позволяют заключить, что геномы про- и эукариотов имеют в своем составе интегрированные гены или геномы в прошлом самостоятельных вирусов.

Существует большая группа РНК-содержащих ретровирусов, у которых на матрице их генома синтезируется комплиментарная ДНК. Она в виде двунитевой ДНК интегрируВнется (ковалентно встраивается) в клеточный геном и в этом виде является матрицей для синтеза дочерних молекул вирионной РНК и мРНК для синтеза вирусных белков. В обоих случаях (интеграбельные ДНК-содержащие вирусы, ретро-вирусы) образующийся такими путями провирус становится, группой клеточных генов.

Эти факты и примеры наглядно иллюстрируют положение о неприменимости понятия индивидуума к вирусам.

Столь же неприменяемым к вирусам является и понятие популяции, так как внутриклеточная стадия репродукции, а тем более интеграционные процессы нацело лишают смысла тракВнтовку репродуцирующегося вируса как популяции. К этому следует добавить данные о дефектных интерферирующих чаВнстицах, ВлсопровождающихВ» почти каждую вирусную инфекВнцию. Эти частицы представляют собой вирионы с неполным геномом, поэтому они не способны к репродукции. Тем не меВннее, они играют важную биологическую роль, обеспечивая персистенцию вирусов в инфицированных организмах или в кульВнтурах тканей. Таким образом, вирусная ВлпопуляцияВ» чаше всего представляет собой суммы полноценных вирионов и деВнфектных образований, т. е. фактически мертвого материала. Такого рода ВлпопуляцииВ», состоящие из живых и мертвых осоВнбей, невозможно даже представить в мире организмов. В неВнкоторых случаях сумма дефектных частиц с дефектами в разных участках генома может обеспечить развитие вирусной инфекции (феномен множественной реактивации).

Естественно, в случае, если нет особей, нет популяции, трудно ввести понятие вида. Этот вывод будет подкреплен даВнлее соображениями о происхождении и эволюции вирусов. И, тем не менее, эти понятия нашли применение в вирусологии. Мы говорим о разных реально существующих популяциях виВнрусов на уровне как инфицированных организмов, так и поВнпуляций хозяев вирусов, а современная международно-признанная классификация вирусов основана на выделении виВндов, родов и даже семейств и применении биноминальной ноВнменклатуры, которая принята для всех остальных представиВнтелей органического мира. И это не чистые забавы, а теореВнтически обоснованные и практически полезные методические подходы. К объяснению этих парадоксов мы еще вернемся.

Если вирусы не организмы, то чем же тогда они являются? Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо очертить круг биологических структур, которые можно обозначить как вирусы. Это легко, если речь идет об обычных, общепризнанВнных вирусах, например, о вирусах оспы или фаге MS2, неВнсмотря на то, что первый из них имеет геном тАФ ДНК с молеВнкулярной массой до 240В·10⁶, а второй тАФ РНК с молекулярной массой около 1,2В·10⁶. Различия между этими вирусами, вероВнятно, не менее значимы, чем, скажем, между кишечной палочВнкой и слоном или хотя бы любой клеткой этого животного. Однако мир вирусов еще более богат, если не ограничивать их общепризнанными инфекционными вирусами.

К числу вирусов, несомненно, следует отнести и дефектные вирусы. Дефектными являются многие онкогенные ретровирусы, так как приобретение ими генов, кодирующих онкогены, часто сопровождается делениями остальных генов. В присутВнствии полноценных вирусов-помощников, обычно близких к дефектным биологически, дефектный вирус может либо реплицироваться (если он не имеет дефект гена полимеразы), либо использовать белки вируса-помощника (если он имеет дефекВнты генов внутренних или оболочечных белков). Возможно, исВнпользование и белков биологически отдаленных вирусов: если дефектный, по оболочечным белкам, ретровирус размножать в присутствии вируса везикулярного стоматита, то вирионы буВндут иметь внешнюю оболочку последнего. Впрочем, для этого даже не надо, чтобы один из вирусов был дефектным: при смеВншанной инфекции многими вирусами образуются вирионы, геВнном которых заключен в оболочки другого вируса.

В приведенных случаях показана возможность репродукВнции дефектного вируса, полученного из вируса полноценного. Но существует несколько групп вирусов, которые всегда деВнфектны по репликации и являются сателлитами полноценных, неродственных им вирусов. Так, аденосателлиты, имеющие собственный геном и собственные белки, реплицируются в приВнсутствии вирусов-помощников, которыми могут быть не тольВнко аденовирусы, но и герпесвирусы. Все три группы (дефектВнные вирусы и две группы вирусов-помощников) являются, ДНК-содержащими. Вирус некроза табака имеет вирус-сателВнлит, геном которого кодирует собственные белки; оба являВнются РНК-содержащими вирусами. Сателлитом ДНК-содержащего вируса гепатита является РНК-содержащий дельта-вирус. В присутствии любого гепаднавируса он реплицируется и образует нуклеокапсиды из собственного белка, которые покрываются внешней оболочкой соответствующего гепаднаВнвируса. Во всех этих примерах неспособность реплицироваться является свойством геномов дефектных вирусов, и эта функВнция обеспечивается вирусами-помощниками. Это своеобразный паразитизм вирусов на вирусах. Здесь же отметим, что деВнфектные по репликации сателлиты являются наиболее мелкиВнми вирусами. Так, геном дельта-вируса имеет молекулярную массу около 0,5В·10⁶ и на одном единственном его гене закодиВнрован единственный капсидный белок.

С сателлитами ВлсближаютсяВ» плазмиды, или, как раньше их называли, эписомы, экстрахромосомные факторы наследВнственности. Это относительно небольшие, обычно с молекуВнлярной массой менее 10⁷, циркулярные, реже линейные, молекулы ДНК, которые часто обнаруживаются в бактериальВнных клетках. Они выполняют разные функции соответственно имеющимся на них генам: токсины, убивающие насекомых; гены, обусловливающие опухолевые разрастания у растений; ферменты, разрушающие или модифицирующие антибиотики; фактор фертильности тАФ фактически индуцирующий половой процесс у бактерий тАФ обмен генами между хромосомами двух бактерий. У дрожжей обнаружены киллеры (двунитевая РНК), на которых ВлзакодированыВ» токсины, убивающие дрожжевые клетки, не носящие в себе киллеров. От вирусов, в том числе дефектных, и сателлитов плазмиды имеют два главных отлиВнчия: их гены не кодируют синтез белков, в которые упакованы нуклеиновые кислоты, и репликация их обеспечивается клетВнкой. Плазмиды обычно находятся в свободном виде в цитоВнплазме, но могут быть интегрированы в геном клетки-носитеВнля, последняя может и освобождаться от них. Между плазмидами и обычными вирусами нет резких границ. Так, некоторые плазмиды явно являются производными фагов, утратив больВншую часть их генов и сохранив лишь некоторые из них. Ряд вирусов, например, вирус папилломы коров, может длительно персистировать в виде плазмид тАФ голых молекул ДНК. В виде плазмид с полным или частично делетированным геномом моВнгут персистировать вирусы герпеса. С развитием генной инженерии стали возможными искусственное получение плазмид из вирусной ДНК, встройка в плазмиды чужеродных генов и даже искусственное конструирование плазмид из фрагментов клеточной ДНК.

К вирусам примыкают вироиды тАФ возбудители инфекционВнных болезней растений. Они не имеют существенных отличии от обычных вирусных болезней, но вызываются своеобразными структурами тАФ небольшими (молекулярная масса 120000тАФ 160000) циркулярными суперспирализированными молекулаВнми РНК. Во всем остальном это типичные вирусные болезни с определенными проявлениями, инфекционностью при мехаВннической передаче, размножением вироидов в зараженных клетках.

Наконец, с вирусными инфекциями имеют сходство болезВнни животных (овцы, козы) и человека (болезнь куру, болезнь, Крейтцфельда тАФ Якоба), выражающиеся в развитии спонги-формных энцефалопатий. Предполагают, что эти болезни являются результатами выхода из-под контроля генов, кодируюВнщих белки, которые являются и их продуктами, и их деренрессорами, и причиной характерных поражений нервных клеток.

Что же объединяет классические вирусы, дефектные, вируВнсы и сателлиты, плазмиды и вироиды, прионы (так обознаВнчают возбудителей спонгиформных энцефалопатий)? Их объВнединяет то, что все они являются автономными генетическими структурами, способными функционировать только в клетках, с разной степенью зависимости от клеточных систем синтеза нуклеиновых кислот и полной зависимостью от клеточных белоксинтезирующих и энергетических систем, подвергающихся самостоятельной эволюции. Если рассматривать вирусы в плаВнне паразитологии, то их паразитирование следует признать не только внутриклеточным (как это имеет место у риккетсий и хламидий), а паразитизмом генетическим, так как взаимодейВнствие вируса с клеткой является, прежде всего, взаимодействиВнем двух геномов тАФ вирусного и клеточного. Однако такое толВнкование роли вирусов слишком узко и, как мы постараемся показать далее, не отражает их роли в эволюции органическоВнго мира. Но прежде чем обсуждать этот вопрос, целесообразВнно рассмотреть существующие взгляды на возможное происВнхождение вирусов. По этому вопросу были выдвинуты три осВнновные гипотезы.

Согласно первой из них, вирусы являются потомками бакВнтерий или других одноклеточных организмов, претерпевших дегенеративную эволюцию. Согласно второй, вирусы являются потомками древних, доклеточных, форм жизни, перешедших к паразитическому способу существования. Согласно третьей, вирусы являются дериватами клеточных генетических структур, ставших относительно автономными, но сохранившим зависимость от клеток.

Возможность дегенеративной эволюции была неоднократно установлена и доказана, и, пожалуй, наиболее ярким примером ее может служить происхождение некоторых клеточных органелл эукариотов от симбиотических бактерий. В настоящее время на основании изучения гомологии нуклеиновых кислот можно считать установленным, что хлоропласты простейших и растений происходят от предков нынешних сине-зеленых бактерий, а митохондрии тАУ от предков пурпурных бактерий. Обсуждается так же возможность происхождения центриолей от прокариотических симбионов. Поэтому такая возможность не исключена и для происхождения вирусов, особенно таких крупных, сложных и автономных, каким является вирус оспы.

Все же мир вирусов слишком разнообразен, чтобы приВнзнать возможность столь глубокой дегенеративной эволюции для большинства его представителей, от вирусов оспы, герпеВнса и иридовирусов до аденосателлитов, от реовирусов до саВнтеллитов вируса некроза табака или РНК-содержащего дельВнта-вируса тАФ сателлита вируса гепатита В, не говоря уж о таВнких автономных генетических структурах, как плазмиды или вироиды. Разнообразие генетического материала у вирусов является одним из аргументов в пользу происхождения вируВнсов от доклеточных форм. Действительно, генетический матеВнриал вирусов ВлисчерпываетВ» все его возможные формы: одно- и двунитевые РНК и ДНК, их линейные, циркулярные и фрагВнментарные виды. Природа как - бы испробовала на вирусах все возможные варианты генетического материала, прежде чем окончательно остановила свой выбор на канонических его формах тАФдвунитевой ДНК как хранителе генетической инВнформации и однонитевой РНК как ее передатчике. И все же разнообразие генетического материала у вирусов скорее свиВндетельствует о полифилетическом происхождении вирусов, неВнжели о сохранении предковых доклеточных форм, геном которых эволюционировал по маловероятному пути от РНК к ДНК, от однонитевых форм к двунитевым и т. п.

Третья гипотеза 20тАФ30 лет казалась маловероятной и даже получила ироническое название гипотезы взбесившихся геВннов. Однако накопленные факты дают все новые и новые аргуВнменты в пользу этой гипотезы. Ряд этих фактов будет обсужВнден в специальной части книги. Здесь же отметим, что именно эта гипотеза легко объясняет не только вполне очевидное полифилетическое происхождение вирусов, но и общность столь разнообразных структур, какими являются полноценные и деВнфектные вирусы, сателлиты и плазмиды и даже прионы. Из этой концепции также вытекает, что образование вирусов не явилось единовременным событием, а происходило многоВнкратно и продолжает происходить в настоящее время. Уже в далёкие времена, когда начали формироваться клеточные форВнмы, наряду и вместе с ними сохранились и развивались неВнклеточные формы, представленные вирусами тАФ автономными, но клеточно-зависимыми генетическими структурами. Ныне существующие вирусы являются продуктами эволюции, как древнейших их предков, так и недавно возникших автономных генетических структур. Вероятно, хвостатые фаги служат приВнмером первых, в то время как R-плазмиды тАФ примером вторых.

Основным положением эволюционной теории Ч. Дарвина является признание борьбы за существование и естественного отбора как движущих сил эволюционного процесса. Открытия Г. Менделя и последующее развитие генетики дополнили осВнновные положения эволюционной теории учением о наследВнственной изменчивости, имеющей случайный, стохастический, характер, в частности о мутациях и рекомбинациях, которые являются ВлматериаломВ» для естественного отбора. ПоследуюВнщее развитие молекулярной генетики материализировало поВннятие гена и химических основ мутаций и рекомбинаций, включая точечные мутации, вставки, делеции, перестройку и т. п. Однако справедливо отмечалось, что молекулярная геВннетика хорошо объясняла лишь процессы микроэволюции преимущественно в пределах мира и плохо объясняла проВнцессы макроэволюции тАФ образование крупных таксономичесВнких групп, являющихся основой прогрессивной эволюции.

Для объяснения молекулярных основ этих процессов, а такВнже реальных темпов эволюции была предложена теория дупликации генов и геномов [Ohno C., 1970]. Эта концепция соВнответствует наблюдаемым фактам и хорошо объясняет эвоВнлюцию органического мира на Земле, в частности, появление позвоночных (хордовых) и их дальнейшую эволюцию от приВнмитивных бесчерепных до человека. Поэтому эта концепция быстро получила признание среди биологов, изучающих молеВнкулярные основы эволюции.

Наряду с этим накопилось значительное число фактов, свиВндетельствующих о существовании в природе в широких масВнштабах обмена готовыми блоками генетической информации, в том числе у представителей разных, эволюционно далеких вирусов. В результате такого обмена могут быстро и скачкоВнобразно изменяться наследственные свойства путем встраиваВнния чужеродных генов (заимствование генной функции). НоВнвые генетические качества могут возникнуть также благодаВнря неожиданному сочетанию собственных и интегрированных генов (возникновение новой функции). Наконец, простое увеВнличение генома за счет неработающих генов открывает возВнможность эволюции последних (образование новых генов).

Особая роль в обеспечении этих процессов принадлежит вирусам тАФ автономным генетическим структурам, включающим как конвенционные вирусы, так и плазмиды. Эта мысль была выВнсказана в общих чертах [Anderson N., 1970], а затем развита более подробно [Жданов В. М., Тихоненко Т. И., 1974].

Основной идеей этой концепции является не только признаВнние вирусов внутриклеточными (генетическими) паразитами, но и квалификация их как важных факторов эволюции оргаВннического мира, причем не только на ранних (умеренные фаги, плазмиды), но и на поздних (ретровирусы) стадиях эвоВнлюции. Участие в ней вирусов позволяет объяснить некоторые факты обнаружения одинаковых генов у эволюционно далеВнких друг от друга таксономических групп. Образно выражаясь, вирусы являются распространителями передового опыта в биоВнсфере.

Антигенная изменчивость вируса гриппа и аспекты ее изучения.

Решение получения эффективных аттенуированных вариантов вируса грипп тормозится из-за уникальной пластичности и изменчивости его антигенных свойств. Почти ежегодные эпидемии гриппа через разные интервалы принимают глобальный характер. В последние годы инфектом, вызывающим пандемии, является вирус гриппа А. Анализ антигенных сдвигов внутри каждого из трех его типов показывают, что изменение антигенного состава штаммов вирусов типа АО к типу А происходило постепенно, а переход от типа А1 к А2 бал резким.

После того как в 1957 г было зафиксировано, что в природе появился новый серологический тип А2, он некоторое время казался стабильным, хотя небольшие изменения были. Но уже в 1964 г они стали значительными, а после эпидемии в Гонконге вирусы отличались на столько резко, что возникло предположение о возникновении нового антигенного типа А. В процессе эволюции вируса изменялись не только антигенные свойства поверхностных белков, но и другие признаки. У штамма вируса гриппа, выделенного во время эпидемии 1971-1972 г., в отличие от циркулировавших ранее штаммов значительно повысилась репродуцирующая и нейраминидазная активность, резко возросла термостабильность вирусов и появилась способность регулярно вызывать вирусемию у мышей (Закстельская и др., 1969; Соколов, Подчерняева, 1975).

Если раньше вирусы типа В отличались относительной стабильностью, то с 1967 г. наблюдается его непрерывное изменение (Seihachiro, Mitsuo, 1974). В апреле тАУ мае 1974 г. были выделены новые штаммы вируса гриппа, из них В/Гонконг 15/72 рассматриваются как новый вариант, а другие тАУ как промежуточные между старыми и новыми штаммами, что позволяет пересмотреть данные об антигенной стабильности вируса гриппа В и предположить появление нового серотипа.

Таким образом, вырисовывается картина значительных антигенных изменений внутри типов А и В. Это, естественно, привлекает пристальное внимание ученых, занимающихся проблемой гриппа. Поскольку даже наличие напряженного иммунитета населения не может стать причиной столь крупных антигенных изменений вируса гриппа, была выдвинута гипотеза о периодичности возникающих рекомбинаций между вирусами гриппа человека и животных, а также между вирусами человека и птиц. При разработке этой гипотезы выяснилось, что гриппом в естественных условиях болеют свиньи, лошади, индейки, цыплята, утки, крачки, и список этот продолжает пополняться. В сыворотке крови у них имеются антитела к вирусам гриппа человека. Это неудивительно, так как фрагментарность генома вируса гриппа обуславливается возможность не только внутривидовой, но межвидовой рекомбинации.

Препаративное разделение нейраминидазы и гемагглютинина открывает перспективы углубленного анализа взаимосвязи между отдельными признаками. Некоторые исследователи (Webster a. o., 1973; Горев и др., 1974) отмечают, что вирус - рекомбинант одновременно с гемагглютинином приобретает вирулентности. Имеется набор рекомбинантов, с заданными гемагглютинином и нейраминидазой.

В настоящее время многие вирусологические лаборатории мира изучают эпизоотии гриппа и анализируют антигенные связи с гриппом человека. Работы в этом направлении координируются и стимулируются ВОЗ. Сложность указанной проблемы диктует необходимость неоднозначного подхода к ее решению. Параллельные поиски других подходов к этому вопросу не следует рассматривать как альтернативные.

В 40-50 годах было экспериментально доказано возникновение антигенных вариантов при пассировании вируса в организме иммунизированных животных (Archetti, Horsfoll, 1960). Эти изменения были довольно стойкими, вирусы сохраняли свою новую антигенную специфичность в серийных пассажах in ovo и в отсутствии иммуносыворотки. Более того, длительные пассажи вируса гриппа через организмы неиммунезированных здоровых животных меняют его биологические свойства. Например, K. Paucker (1960) в процессе пассажей штамма PR8 длительно получал вирус, антигенно отличный от исходного и не похожий на другие типы вируса гриппа. Автор полагает, что между 103 и 107 пассажами образовался мутант, заменивший впоследствии исходный вирус. Аналогичные данные приводят K. Zgozelska и др. (1973).

Здесь мы видим проявление основного закона развития любой популяции, в том числе и вирусной, − генофонд популяции со временем меняется: с одной стороны, он обедняется в результате вымирания организмов, заключающих отдельные гены, а с другой − обогащается благодаря мутациям, дающим начало новым генам.

Работы S. Fazekas de Sent Groth, C. Hannoun (1973) по селекции спонтанных антигенных мутантов вируса гриппа А под "иммунопрессом" (т. е. в присутствии иммуносыворотки) позволили воспроизвести иерархический порядок вирусов внутри каждого типа. Причем во всех своих выводах он основывался на показателях перекрестной РЗГА. В опытах по отбору поздних мутантов, полученных с помощью антител, ему удалось воспроизвести естественный процесс селекции эпидемических штаммов. Он же предложил простую модель взаимодействия антитела с антигеном. Автор представил антигенную зону белковой оболочки вируса в виде небольшого числа аминокислотных белковых цепей, выступающих за поверхность вируса. Схематично это имеет вид вилки с зубьями разной длины и ширины, а соответствующие антитела представляют собой полости, комплиментарные по отношению к некоторым или ко всем зубьям. Таким образом, контакт антисыворотки с родственным антигеном приводит к элиминации гомологичных антигенов, и в популяции остаются антигены, имеющие некомплементарные участки, т. е. мутанты.

Эта схема представляет логическое развитие основных положений иммунологии, сложившихся в 40-х годах, о взаимодействии антигена и антитела и теории биосинтеза антител. Согласно этим работам, активная группа антител обладает конфигурацией, дополнительной к конфигурации детерминирующей группы антигена. Предполагалось, что эти группы относятся друг к другу как предмет к своему зеркальному отражению. K. Landsteiner (1946) были поставлены опыты с искусственным антигеном, полученным комплексированием молекул белка с различными низкомолекулярными соединениями, которые показали, что специфичность этого антигена может определяться лишь небольшой группой, присоединенной к белку. Антитела "не узнают" антиген, если он отличается только положением метильной группы в ароматическом ядре от того, которым было стимулировано образование этих антител, или пространственным положением гидроксила (Бойд 1969).

Таким образом, возвращаясь к вопросу антигенной изменчивости вируса, можно констатировать селекционную роль антител в этом процессе. Как возникают мутантные частицы в вирусной популяции тАУ это один из вопросов, на который необходимо ответить для понимания эволюции вирусов гриппа.

Любая вирусная популяция содержит спонтанные мутанты, возникшие в результате действия внешних или внутренних факторов. В зависимости от приобретенных свойств мутант может иметь преимущество в размножении и преобладать в популяции. В некоторых случаях можно уловить тот фактор, который сыграл решающую роль в возникновении мутанта. Наибольший интерес для исследователей, занимающихся проблемой гриппа, представляет пандемия 1918 г., поскольку вирус ее был чрезвычайно патогенным для человека. Ретроспективный анализ этого вируса наводит некоторых исследователей на предположение, что пандемия была вызвана вирусом гриппа свиней, выделенным в 1930 г. так как штаммы имеют антигены, родственные антигенам вирусов свиней. Согласно другой точки зрения, повышение активности вируса вызвано появлением мутантных частиц под действием иприта, который применялся во время Первой Мировой войны, т. е. перед пандемической волной гриппа (Блашкович 1966). Действительно, иприт тАУ чрезвычайно сильный биологически активный химический агент. Его мутагенная активность впервые была показана C. Auerbach и T. M. Robson (1946). Тогда же было выяснено, что иприт оказывает прямое мутагенное действие на хромосомы. Позднее было установлено, что иприт способен вызывать мутации у вирусов и бактерий. Следовательно, возможная его роль как мутагенного агента не исключена, если принять во внимание, что химические и физические факторы могут вызывать генетические изменения биологических объектов всех ступеней развития и вирусы, по-видимому, не составляют исключения.

К числу факторов, которые в естественных условиях могут являться мутагенами, относятся фармакологические препараты. Имеются работы, в которых анализируется связь тератогенной активности и химической структуры молекул лекарственных веществ; у микроорганизмов наблюдается аналогичное явление повсеместного возникновения лекарственно устойчивых мутантных форм. В разгар заболевания гриппом, когда происходит репродукция вируса в организме, больные принимают лекарства, представляющие собой синтетические химические соединения.

Известно, что противовирусные агенты достаточно эффективны только в том случае, если они способны избирательно подавлять синтез нуклеиновых кислот, т. е. соприкасаются непосредственно с генетическим аппаратом. По-видимому, в силу особенностей генома вируса гриппа грань между чисто противовирусным и мутагенным воздействием химических соединений легко переходима.

Наши эксперименты по изучению влияния химических соединений на антигенную специфичность вирусов гриппа, относящихся к серотипу АО, показали, что некоторые соединения из класса супермутагенов, могут вызвать изменения, не выходящие за пределы гомологичного серотипа. В частности, два первых представителя нитрозоалкилмочевин индуцировали мутации по этому признаку (Чуланова, 1968; Ахматуллина и др. 1974). Мы пользовались предложенной нами модификацией РЗГА, которая позволяла устанавливать коэффициент Ап и, основываясь на нем, определять степень различия в антигенной специфичности дикого и мутантных вирусов.

Эксперименты с большим набором химических соединений выявили среди них другой агент тАУ 1,4-бис-диазоацетилбутан, активный в мутации по признаку антигенной специфичности. Мы использовали также метод иммунпресса, после воздействия мутагеном вирус пассировали в присутствии гомологичной сыворотки. Неизмененные вирусные частицы нейтрализовывали комплиментарными антителами, а для индуцированных мутантов создавали селективные условия. Полученные антигенные мутанты были изучены в перекрестной РЗГА с сывороткой к дикому и мутантному вирусу и в реакции преципитации и свидетельствовали о значительных антигенных сдвигах.

Таким образом, дальнейшее экспериментальное изучение индуцированных мутантов с применением большого набора химических соединений позволит внести сведения в изучаемую проблему.

Грипп. Лечение и профилактика.

Грипп тАУ острое инфекционное заболевание верхних дыхательных пут

Вместе с этим смотрят:

Principala cauza a handicapului

Toma Cerba

РЖсторiя виникнення та розвитку масажу

Абдоминальная травма

Аборты