По приблизительным подсчетам, в наш век развитой науки и медицины от различных вирусных заболеваний, в том числе гриппа, гепатита, СПИДа, миокардитов, погибает несколько миллионов человек ежегодно. Так, например, только за 2007 год было зарегистрировано 2 млн смертей от связанных с ВИЧ заболеваний. Так что же такое вирусы и почему они объявили нам войну? Давайте разберемся.
ЧЕМ БОЛЬШЕ, ТЕМ НЕПОНЯТНЕЕ
В мире существует, по некоторым данным, больше 1 000 инфекционных заболеваний. Среди них Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) выделяет группу так называемых особо опасных инфекций (ООИ). Согласно Международным медико- санитарным правилам ВОЗ, в эту группу входят 20 инфекционных заболеваний, характеризующихся внезапным появлением, высокой заразностью, быстрым распространением, массовым заражением населения, с трудом поддающиеся лечению, а также протекающие в тяжелой форме и с высокой летальностью. Семь из этих ООИ вызываются различными видами бактерий и микроорганизмов. А вот возбудителями остальных тринадцати являются вирусы. И самые опасные из них японский энцефалит, лихорадка Эбола, лихорадка денге, желтая лихорадка, натуральная оспа и бешенство, смертность при которых достигает почти 100%.
Впервые вирусы были открыты и выделены в 1898 году Мартином Бейеринком. Само слово «вирус» образовано от лат. virus — «яд». За прошедшие сто с лишним лет были изучены и детально описаны более 5 тысяч видов вирусов. Но вирусологи говорят, что это капля в море, так как их существуют сотни тысяч, а может, и миллионы. Вирусы обнаружены в каждой экосистеме на Земле, они являются одной из наиболее многочисленных биологических форм. И чем больше ученые изучают вирусы, тем больше и больше возникает споров: что же это такое и как они появились на Земле?
ДЕТКИ В КЛЕТКЕ
Раньше медицинские справочники писали, что вирусы — это мельчайшие микроорганизмы, не имеющие клеточного строения. Теперь все большее количество исследователей сходится во мнении, что их нельзя считать живыми организмами. Подобрали даже расплывчатое определение — «неклеточный инфекционный агент, который может воспроизводиться только внутри живых клеток». Почему же биологи сомневаются в том, что вирусы являются живыми?
Каждая отдельно взятая вирусная частица, называемая вирионом, состоит всего из двух или трех компонентов. Это так называемые ядра вириона, содержащие его геном и состоящие из одной или нескольких молекул нуклеиновой кислоты; белковой оболочки, называемой капсидом, которая защищает это ядро; и в некоторых случаях дополнительных липидных оболочек. Простота и даже примитивность строения обуславливает микроскопические размеры вирусов, которые в сотни раз меньше любого одноклеточного организма, бактерий или простейших. Большинство вирусов настолько малы, что их невозможно разглядеть под световым микроскопом, поэтому используют электронный.
Как же вирусы в таком случае живут, питаются и размножаются — спросите вы? А они не делают ни того, ни другого, ни третьего. Самостоятельно. Вирусы являются облигатными паразитами, то есть жить и размножаться могут исключительно внутри зараженной ими клетки хозяина, используя ресурсы этой клетки. Вне клетки вирусы не проявляют признаков живого организма и представляют собой всего лишь частицы органических полимеров. Фундаментальным отличием вирусов от любого живого организма является полное отсутствие основного и энергетического обмена, а также сложнейшего элемента всех живых систем — аппарата трансляции генетической информации. Именно поэтому о вирусах сейчас говорят как о «комплексах органических молекул», взаимодействующих с живыми организмами.
КОГДА И КАК ПОЯВИЛИСЬ ВИРУСЫ?
Датировка появления вирусов на Земле является практически неразрешимой загадкой, так как они не оставили каких бы то ни было ископаемых останков, по которым можно было бы судить об их биологическом возрасте. Однако все ученые сходятся во мнении, что вирусы существуют с момента появления первых живых клеток на планете, а может быть, даже раньше. На сегодняшний день есть три основные теории их появления, но все они имеют слабые места и не могут достоверно объяснить происхождение вирусов.
Другой загадкой можно назвать огромное количество вариантов организации генома вирусов — в этом смысле они более разнообразны, чем вся флора и фауна вместе взятые. Существуют миллионы различных типов вирусов.
ХОЗЯЕВА И ПАРАЗИТЫ
Итак, вирусы не размножаются клеточным делением, а используют для этих целей метаболизм и аппарат клетки хозяина. Упрощенно говоря, вирус, как вор в квартиру, проникает в чужую клетку, взламывает клеточный аппарат воспроизведения генетической информации и заставляет его синтезировать новые вирусные частицы. Таким образом, в клетке хозяина происходит саморепликация вируса - в неограниченном количестве. Затем новые вирусы выходят из клетки. При этом клетка хозяина чаще всего погибает, но иногда, как в случае с ВИЧ, она продолжает жить и производить новые вирусы.
Симптомы вирусного заболевания развиваются как следствие повреждения вирусами большого количества клеток или целых систем организма хозяина. Однако некоторые вирусы могут существовать внутри организма и относительно безвредно. Яркий пример — вирус простого герпеса первого типа, который часто годами пребывает в состоянии покоя внутри человеческих клеток без каких-либо клинических проявлений. Вирусный гепатит С тоже склонен к хроническому течению, при этом носитель инфекции, сам будучи здоровым, может заражать других людей. Такая особенность некоторых вирусов называется латентностью.
Несмотря на примитивность своего строения, а может, благодаря ей, вирусы являются самой многочисленной формой существования белковой материи на Земле, и по этому показателю они превосходят все организмы, вместе взятые. Вирусы поражают все формы клеточной жизни, включая животных, растения, бактерии и грибы. При этом некоторые типы вирусов поражают только ограниченный круг хозяев. Например, вирус натуральной оспы может поражать только один вид — людей. Другие вирусы имеют широкий круг хозяев. Таков вирус бешенства — он может поражать различные виды млекопитающих. Как правило, вирусы растений безвредны для животных, и наоборот. Некоторые вирусы, называемые сателлитами, могут размножаться только в клетках, уже зараженных другим вирусом. Например, вирус гепатита D может размножаться только в клетках, уже зараженных вирусом гепатита В.
Весьма разнообразны и пути передачи вирусной инфекции от больного организма к здоровому. Самый распространенный способ заражения — при непосредственном контакте с больным человеком или животным, его слюной или кровью. Так передаются герпес, гепатит С, оспа, бешенство, СПИД, лихорадка Эбола и пр. Но совсем необязательно контактировать с больным, чтобы подхватить вирус. Достаточно стоять в двух метрах от чихающего человека, зараженного вирусом гриппа. Кроме того, вирусное заболевание можно получить при употреблении зараженной воды или пищи (гепатита А). И даже насекомые являются переносчиками вирусов. Так, через укус комара может передаваться лихорадка денге. Есть еще так называемый вертикальный способ передачи — от матери новорожденному ребенку. Так передаются вирус гепатита В и ВИЧ.
КАК ПОБЕЖДАТЬ?
Первой и главной линией защиты против вирусной атаки является, как и 1000 лет назад, наш врожденный иммунитет. Не углубляясь в дебри иммунологии, можно лишь напомнить, что в нашем организме есть специальные клетки, ответственные за обнаружение вирионов, их распознавание и уничтожение. В дополнение к врожденному иммунитету мы научились защищаться искусственным иммунитетом, вырабатывая его при помощи специфической вакцинации. Используя вакцины, можно предотвратить более 30 вирусных инфекций у человека. Таким образом удалось победить натуральную оспу. Однако, к сожалению, врожденный и приобретенный иммунитет не всегда справляется со своей функцией. Например, ВИЧ за счет высокой изменчивости маркерных аминокислот удается обманывать иммунную систему и тем самым избегать ее атаки. А вирусы, называемые нейротропными, распространяются среди нервных клеток — то есть там, где иммунная система не в состоянии добраться до них. И тогда на помощь нашему организму приходит фармакология.
Однако и здесь не все просто. На данный момент медицина не располагает стопроцентно действенными средствами борьбы с этими микропаразитами. Учитывая, что вирусы ведут свою разрушительную работу внутри клетки хозяина, уничтожить их обычными противоинфекционными препаратами, в том числе и антибиотиками, не повредив клетки хозяина, невозможно. Поэтому в состав противовирусных препаратов входят органические полимеры, которые способны проникать внутрь зараженной клетки. Но эффективность этих лекарственных веществ пока недостаточно высока, и говорить о победе над гриппом или гепатитом пока рано. Не говоря уже про СПИД.
ВРАГИ ИЛИ... НЯНЬКИ?
Сейчас мы, конечно, находимся в состоянии войны с вирусами. Но еще неизвестно, как бы выглядело человечество, не будь этих микроскопических паразитов. Согласно последним исследованиям, геном человека более чем на 32% состоит из вирусоподобных элементов, вероятно — остатков встроенного генетического материала древних вирусов. И именно с помощью вирусов может происходить так называемый горизонтальный перенос генов, то есть передача генетической информации не от непосредственных родителей к своему потомству, а между двумя неродственными (или даже относящимися к разным видам) особями. Это означает, что вирусы сыграли центральную роль в ранней эволюции живых существ на нашей планете. И именно они обеспечили такое генетическое разнообразие бактерий, растений и животных на Земле!
Но если вы думаете, что на этом миссия вирусов закончена, то вы сильно ошибаетесь. Кроме переноса генетической информации, еще одна основная роль вирусов на планете — регуляция морских и пресноводных экосистем. Знаете ли вы, что в чайной ложке морской воды содержится около миллиона вирусов? Большая их часть безвредна для растений и животных. Зато они поражают бактерии, обитающие в водной среде. По приблизительным оценкам, микроорганизмы составляют более 90% биомассы в водоемах. И каждый день вирусы убивают около 20% этой биомассы, сдерживая, таким образом, лавинообразное размножение бактерий и простейших, что нанесло бы непоправимый ущерб экосистемам морей, океанов, да и всей планеты.
Кроме того, вирусы косвенно влияют на климат нашей планеты, регулируя процесс фотосинтеза и тем самым сокращая количество углекислого газа в атмосфере приблизительно на 3 гигатонны в год и сдерживая развитие парникового эффекта. Так что, если бы не вирусы, бактерии могли стать на Земле господствующей формой жизни, а люди вообще бы не появились. Как видите, эти примитивные паразиты не так уж просты.
Максим БОКОВ
P.S.
НА СЛУЖБЕ ЧЕЛОВЕЧЕСТВУ
С развитием современной науки и технологии человечеству очень пригодились способности вирусов проникать в клетку и переносить генетическую информацию. Все большее применение вирусы находят при биологических и генетических исследованиях. Фармакологические компании при помощи вирусов синтезировали новые виды вакцин, антигенов и противоинфекционных препаратов. Кроме того, научившись копировать вирусную структуру, ученые добились значительных успехов в молекулярной электронике, нанотехнологияхи материаловедении.
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОРУЖИЕ
Способность вирусов вызывать опустошительные эпидемии среди людей порождает беспокойство, что вирусы могут использоваться как биологическое оружие. Недавно прошла информация, что в лабораторных условиях удалось воссоздать высоколетальный вирус испанского гриппа. Не стоит забывать и о том, что хотя черная оспа и считается искорененной на планете, но образцы ее вируса до сих пор не уничтожены, а хранятся в лабораториях России и США. Не меньшую опасность представляют и новые, искусственно синтезированные вирусы. Некоторые вирусологи, например продолжают настаивать, что вирусы вызывающие не поддающиеся лечению СПИД и лихорадку Эбола, были разработаны военными в качестве смертоносного биологического оружия.
НАНОБОТЫ?
Некоторые ученые высказывают предположение, что вирусы — это нанороботы, занесенные на Землю инопланетным разумом. На первый взгляд это утверждение выглядит фантастикой. Но если проанализировать все известные сейчас данные, то предположение не будет казаться таким невероятным. Уже сейчас наука стоит на пороге создания простейших нанороботов, которых иногда еще называют «искусственными вирусами». Напомним, что нанороботы (или наноботы) — это гипотетические, не живые устройства размером в несколько нанометров, выполняющие определенную, заложенную на молекулярном уровне программу, способные самостоятельно манипулировать отдельными молекулами и самовоспроизводиться при определенных условиях. Ничего не напоминает? Правильно, вирусы, имеющие наноразмеры и геометрически правильное строение (в основном спиральное, икосаэдрическое или комплексное). Рост вирусов на некоторых этапах напоминает рост кристаллов. Проникая в клетку, вирусы способны манипулировать молекулами и самовоспроизводиться. И вот уже на протяжении миллионов лет они выполняют одну и ту же программу — регулируют баланс живых организмов на Земле. Так, может быть, действительно эти микроскопические создания не случайный зигзаг эволюции, а биотехнологическое проявление высшего разума, превосходящего человеческий?
ЛИХОРАДКА ЭБОЛА О РОССИИ
5 мая 2004 года лаборантка отдела особо опасных инфекций НИИ вирусологии и биотехнологии «Вектор» Антонина Преснякова, проработавшая в этом институте больше 20 лет, как обычно, ушла на работу, но домой уже не вернулась. Вечером родным позвонили и сказали, что с Антониной произошел несчастный случай. Через две недели родным сообщили, что она умерла. Что же произошло в тот роковой для нее день?
Утром 5 мая Антонина Преснякова пришла на службу. После обязательного инструктажа и медосмотра она переоделась в специальный защитный костюм, надела специальные двухслойные полимерные перчатки и приступила к работе. В обязанности лаборантки входило проведение опытов с морскими свинками, инфицированными вирусом лихорадки Эбола. Во время эксперимента лаборантка случайно укололась использованной иглой от шприца. Женщину сразу же изолировали в специальном бункере НИИ ВБ «Вектор», продезинфицировали рану, ввели внутривенно гетерогенный гамма-глобулин против лихорадки Эбола. Однако остановить развитие лихорадки не удалось. К лечению лаборантки были привлечены лучшие специалисты Минздрава России и иностранные ученые, принимавшие участие в лечении больных во время эпидемии в Африке. Однако, несмотря на все предпринятые меры, 19 мая Антонина Преснякова скончалась. Хоронили ее в закрытом цинковом гробу с соблюдением специальной технологии: для исключения распространения вируса из могилы тело и гроб обрабатывались специальными препаратами, название и состав которых являются государственной тайной.
|