Збудник СНІДу, довідник лікаря
Що таке вірус?
Термін «вірус» існував ще задовго до відкриття самих вірусів. Так, великий французький вчений Пастер говорив про вірус сказу, розуміючи під цим невідомий збудник захворювання. Він створив вакцину проти сказу, але не міг «побачити» цей дрібний агент, бо в той час на озброєнні дослідників був лише звичайний мікроскоп.
український ботанік Дмитро Йосипович Іванівський вивчав мозаїчну хворобу тютюну, яка проявляється в омертвінні листя. Щоб знайти збудник хвороби, він розтирав в ступці хворі листя, отримував з них екстракт і «проціджував» його через дрібнопористі фільтри, які не пропускали бактерій. Потім цей профільтрована сік, в якому не вдавалося виявити бактерій, він наносив на поверхню здорових листя тютюну. Виявилося, що від фільтрату на листках розвивалася типова мозаїчна хвороба. Іванівський прийшов до висновку, що захворювання викликає особливий фільтрівний агент, невидимий в звичайний мікроскоп. Це було в 1892 році.
З'ясувалося далі, що такий же невидимий в світловий мікроскоп фільтрівний агент є збудником ящуру. А в 1909 році німецький вчений Карл Ланд-Штейнер заражав мавп фільтрується агентом, узятим з тканин людини, яка страждає на поліомієліт.
Ці «непідвладні» світловому мікроскопу агенти були названі фільтрівними вірусами. Однак подальше вивчення показало, що здатність проходити через бактеріальні фільтри - аж ніяк не їх головна властивість, і тому їх стали називати просто вірусами.
Спочатку єдиний метод дослідження полягав в тому, що експериментальним тваринам вводили безклітковий фільтрат: якщо проступали типові ознаки хвороби, то вважалося, що її викликає той чи інший вірус. По суті, Пастер користувався таким же прийомом: він ін'єктувати кроликам в мозок емульсію, виготовлену з тканини мозку хворих на сказ тварин або людей, і в результаті у піддослідних розгорталася «планована» картина цього захворювання. Різниця полягала лише в тому, що Пастер брав емульсію тканин, а не їх фільтрат. Пі він, ні Іванівський, ні багато інших вчених, які займалися вірусами, не могли виділити їх в чистому вигляді, хоча вже навчилися успішно робити те ж саме з бактеріями.
Нові методи дослідження дозволили отримати віруси у великих кількостях і вивчити їх властивості. Перший крок в цьому напрямі - доказ ймовірності накопичення вірусів в різних тканинах курячого ембріона і в рідинах його тіла. Другий крок був зроблений за допомогою системи електронного мікроскопу. А детально вникнути в будову вірусних частинок (віріонів), найтоншу їх структуру вдалося після винаходу апаратів, за допомогою яких стали розрізати віруси, готувати з них ультратонкі зрізи.
Експериментатори переконалися, що світ вірусів неймовірно різноманітний, що вони різні як за розміром і формою, так і за внутрішньою структурою. Наприклад, найпростіші віруси - тютюнової мозаїки, поліомієліту та ящуру - наближаються до розмірів ряду макромолекул, складаються тільки з нитки нуклеїнової кислоти і оточуючих її білкових частинок. Збудники сказу, грипу, кору та віспи мають значно більший розмір, складну внутрішню структуру і покриті оболонкою.
Майже необмежені можливості з'явилися у вірусологів після відкриття методів вирощування різних тканин і клітин в-пробірці.
Спираючись на імунологічні методи, вони зуміли розібратися в тому, який саме вірус розмножується в тканинах і чим він відрізняється від інших.
Застосування методів молекулярної біології знадобилося для вивчення хімічної структури окремих компонентів вірусів.
Віруси стали одним з головних об'єктів молекулярної генетики, онкології, імунології. Детальне знайомство з ними допомогло розшифрувати будову гена, розглянути в новому світлі проблему перенесення генетичної інформації в біосфері і з'ясувати на новому рівні, чим відрізняється живе від неживого.
Однак до сих пір вчені не можуть вирішити головне питання: що таке віруси - живі організми або неживе речовина, яка купує властивості живого тільки в чутливому організмі? Більшість схиляється до висновку, що вони являють собою особливу стадію розвитку матерії, яка знаходиться на межі живого і неживого.
Щоб повніше уявити взаємодію вірусу і клітини, нагадаємо спочатку, які найважливіші процеси протікають в нормальній клітині.
Відомо, що основу організмів становлять білки. Від останніх переважно залежать всі ознаки і особливості організму. Білків налічується велика кількість. Оновлення їх здійснюється в процесі обміну речовин, причому для кожного виду він свій: спадково - генетично - закріплений.
Провідна роль в спадкової передачі від одного покоління до іншого як типу обміну речовин, так і «рецепта» освіти характерних лише для даного організму білків належить особливим органічних речовин - нуклеїнових кислот.
Та з них, яка міститься в ядрі живої клітини, називається дезоксирибонуклеїнової кислоти. Її позначають - ДНК. Інша, яка в залежності від виконуваної нею роботи виявляється як в ядрі клітини, так і у внеядерная речовині - цитоплазмі, зветься рибонуклеїнової. Скорочено - РНК. Нуклеїнові кислоти «складені» з тисяч «цеглинок» - нукле-отиде.
Тепер розглянемо, як в клітці протікає життя на молекулярному рівні, тобто яким чином проявляють себе молекули таких біологічно важливих речовин, як нуклеїнові кислоти і білки.
З безлічі реакцій, характерних для клітини, зупинимо увагу на найістотніших, що забезпечують конструювання в ній з речовин, що надходять ззовні, як раз тих білків, які життєво необхідні і властиві тільки даному - і ніякому іншому - організму.
Схематично це можна представити таким чином. Перед нами - клітина. В її ядрі знаходяться хромосоми (органели клітинного ядра - у кожного виду організмів в кожній клітині завжди певне їх однакову кількість), що зберігають інформацію про всі спадкових властивостях даного організму. Вони складаються з нуклеїнових кислот і білків. У хромосомі ДНК має здатність подвоюватися. Відбувається це напередодні поділу клітини. І в момент побудови з неї двох нових клітин ДНК точно відтворюється у кожній. Так передаються від покоління до покоління і форми обміну речовин, і спадкові властивості даного організму (це в рівній мірі застосовні і до окремій клітці, і до всього організму в цілому).
Як же реалізується спадкова програма всередині самої клітини? У хромосомі, тобто в молекулі ДНК, в лінійному порядку, в точно встановленої для кожного виду організмів характерною послідовності розташовуються окремі її ділянки, які називаються ГЕНАМИ. У них зашифровані «рецепт» і «технологія» побудови властивих даному організму білків. Кожен ген відповідальний за синтез певного білка, «хто дає» ту чи іншу властивість. Отже, кожен ген - носій конкретного спадкового ознаки.
Вчені встановили, що пошкодження генів в ДНК тягне за собою спадкові зміни в організмі (такі зміни називаються мутаціями).
І ще одна дуже важлива обставина: при мутаціях порушується або спотворюється спадкова інформація, вноситься анархія в роботу клітини, що може призводити до тяжких спадкових захворювань.
Як ген, що знаходиться в ядрі клітини, виконує своє призначення - керувати реакцією побудови певного білка? Він здійснює це через посередництво інших нуклеїнових кислот і ферментів, в першу чергу - через РНК.
Спочатку в ядрі на відповідних ділянках ДНК формується молекула РНК, по відношенню до якої різні ділянки ДНК (гени) служать свого роду шаблоном (матрицею), з яких на молекулі РНК копіюється точне розташування генних структур. Так утворюється інформаційна, або матрична, РНК: на речовині РНК виявляється записаним «рецепт» збірки білків даного організму. Перший етап реалізації генетичної інформації в клітині назвали транскрипцією, що в перекладі й означає «переписування»; відбувається він за допомогою особливого клітинного ферменту - ДНК-залежною РНК-по-лімерази в хромосомі.
Другий етап цього процесу називається трансляцією, і полягає він у тому, що інформаційна РНК переходить з ядра в цитоплазму і передає (транслює) відомості про конструкцію білка рибосомальної РНК, розташованої в особливих частинках - рибосомах, де відбувається збірка білку з амінокислот, що доставляються до них транспортної РНК.
Які ж властивості докорінно відрізняють віруси від світу тварин і рослин?
Найпростіші віруси складаються з нуклеїнової кислоти, упакованої в білковий футляр. Більші мають оболонку і складну внутрішню будову. Може бути, найголовніша відмінність - те, що у вірусах є тільки один тип нуклеїнової кислоти - або ДНК, або РНК, тоді як клітини всіх відомих нам живих істот включають в себе і ДНК і РНК.
За наявності того або іншого виду нуклеїнової кислоти все віруси підрозділяються на дві основні групи: ДНК-содержат і РНК-содержат. Більшість вірусів людини і рослин містить РНК (наприклад, віруси поліомієліту, кору, сказу, енцефаліту та ін.).
Друга дивна особливість вірусів - спосіб розмноження. Як вже зазначалося, вони можуть проявляти властивості живого тільки після проникнення в чутливі, вразливі для них клітки, в результаті чого останні починають виробляти не свої, а вірусні білки.
Одні збудники при розмноженні формують зрілі вірусні частинки, руйнуючи при цьому живу чутливу клітку. Інші можуть вбудовувати свою ДНК в ДНК клітини господаря, не заважаючи її нормальної життєдіяльності, - виникає своєрідний симбіоз вірусу і клітини, який за певних умов, як побачимо далі, загрожує перетворенням нормальної клітини в пухлинну.
Спочатку в молекулярної біології утвердилося положення, сформульоване американцем Уотсоном і англійцем Криком в 1953 році і стало її центральної догмою. Сенс її в тому, що передача генетичної інформації в клітині йде тільки в одному напрямку: від ДНК до РНК і від РНК до білка. Однак ця догма зазнала змін у зв'язку з вивченням природи пухлин.
У 60-х роках видатний радянський вчений Лев Олександрович Зильбер запропонував вирусогенетичної теорію виникнення пухлин. Згідно з його теорією, пухлинні віруси -вбудовуються в генетичний апарат клітини, що призводить до перетворення нормальної клітини в пухлинну. Ця теорія дозволила пояснити багато фактів. Вона цілком логічно розкривала поведінку ДНК-утримуючи-щих пухлинних вірусів, оскільки можливість вбудовування ДНК вірусу в ДНК клітини не суперечила центральної догми молекулярної біології.
Однак каменем спотикання для неї виявилися РНК-містять пухлинні віруси. Зараз відомо більше 150 вірусів, здатних викликати утворення пухлин у тварин, з них близько 100 містять РНК. Чи можливо вбудовування вірусної РНК в ДНК клітини? З точки зору основ молекулярної біології це уявлялося абсурдом. Одне з двох: або невірна вирусогенетичної теорія пухлинного росту, або ж неточна центральна догма молекулярної біології.
У вірусологів і молекулярних біологів виникла думка: чи немає у РНК-містять пухлинних вірусів особливого способу перенесення генетичної інформації, а саме її переписування ні з ДНК на РНК, а навпаки, з РНК на ДНК? Іншими словами: чи можлива в цьому випадку не пряма, а зворотна транскрипція?