Методы изучения вирусов

     Для многих вирусов, например кори, герпеса и отчасти гриппа, основным природным резервуаром является человек. Передача этих вирусов происходит воздушно-капельным или контактным путем.

     Распространение некоторых вирусных заболеваний, как  и других инфекций, полно неожиданностей. Например, в группах людей, проживающих  в антисанитарных условиях, практически  все дети в раннем возрасте переносят  полиомиелит, обычно протекающий в  легкой форме, и приобретают иммунитет. Если же условия жизни в этих группах  улучшаются, дети младшего возраста обычно полиомиелитом не болеют, но заболевание  может возникнуть в более старшем возрасте, и тогда оно часто протекает в тяжелой форме.

     Многие  вирусы не могут долго сохраняться  в природе при низкой плотности  расселения вида-хозяина. Малочисленность  популяций первобытных охотников  и сборщиков растений создавала  неблагоприятные условия для  существования некоторых вирусов; поэтому весьма вероятно, что какие-то вирусы человека возникли позже, с появлением городских и сельских поселений. Предполагается, что вирус кори первоначально  существовал среди собак (как  возбудитель лихорадки), а натуральная  оспа человека могла появиться в  результате эволюции оспы коров или  мышей. К наиболее «свежим» примерам эволюции вирусов можно отнести  синдром приобретенного иммунодефицита человека (СПИД). Существуют данные о  генетическом сходстве вирусов иммунодефицита человека и африканских зеленых  мартышек.

     «Новые» инфекции обычно протекают в тяжелой  форме, нередко со смертельным исходом, но в процессе эволюции возбудителя  они могут стать более легкими. Хороший пример – история вируса миксоматоза. В 1950 этот вирус, эндемичный для Южной Америки и довольно безобидный для местных кроликов, вместе с европейскими породами этих животных был завезен в Австралию. Заболевание австралийских кроликов, ранее не встречавшихся с данным вирусом, было смертельным в 99,5% случаев. Несколько лет спустя смертность от этого заболевания значительно снизилась, в некоторых районах до 50%, что объясняется не только «аттенуирующими» (ослабляющими) мутациями в вирусном геноме, но и возросшей генетической устойчивостью кроликов к заболеванию, причем в обоих случаях эффективная природная селекция произошла под мощным давлением естественного отбора.

     Репродукция вирусов в природе поддерживается разными типами организмов: бактериями, грибами, простейшими, растениями, животными. Например, насекомые часто страдают от вирусов, которые накапливаются  в их клетках в виде крупных  кристаллов. Растения нередко поражаются мелкими и просто устроенными  РНК-содержащими вирусами. Эти вирусы даже не имеют специальных механизмов для проникновения в клетку. Они  переносятся насекомыми (которые  питаются клеточным соком), круглыми червями и контактным способом, заражая  растение при его механическом повреждении. Вирусы бактерий (бактериофаги) имеют  наиболее сложный механизм доставки своего генетического материала  в чувствительную бактериальную  клетку. Сначала «хвост» фага, имеющий  вид тонкой трубочки, прикрепляется  к стенке бактерии. Затем специальные  ферменты «хвоста» растворяют участок  бактериальной стенки и в образовавшееся отверстие через «хвост», как через иглу шприца, впрыскивается генетический материал фага (обычно ДНК).

     Более десяти основных групп вирусов патогенны для человека. Среди ДНК-содержащих вирусов это семейство поксвирусов (вызывающих натуральную оспу, коровью оспу и другие оспенные инфекции), вирусы группы герпеса (герпетические высыпания на губах, ветряная оспа), аденовирусы (заболевания дыхательных путей и глаз), семейство паповавирусов (бородавки и другие разрастания кожи), гепаднавирусы (вирус гепатита B). РНК-содержащих вирусов, болезнетворных для человека, значительно больше. Пикорнавирусы (от лат. pico – очень мелкий, англ. RNA – РНК) – самые мелкие вирусы млекопитающих, похожие на некоторые вирусы растений; они вызывают полиомиелит, гепатит А, острые простудные заболевания. Миксовирусы и парамиксовирусы – причина разных форм гриппа, кори и эпидемического паротита (свинки). Арбовирусы (от англ. arthropod borne – «переносимые членистоногими») – самая большая группа вирусов (более 300) – переносятся насекомыми и являются возбудителями клещевого и японского энцефалитов, желтой лихорадки, менингоэнцефалитов лошадей, колорадской клещевой лихорадки, шотландского энцефалита овец и других опасных болезней. Реовирусы – довольно редкие возбудители респираторных и кишечных заболеваний человека – стали предметом особого научного интереса в силу того, что их генетический материал представлен двухцепочечной фрагментированной РНК.

     Возбудители некоторых болезней, в том числе  очень тяжелых, не укладываются ни в  одну из вышеперечисленных категорий. К особой группе медленных вирусных инфекций еще недавно относили, например, болезнь Крейтцфельда – Якоба и куру – дегенеративные заболевания головного мозга, имеющие очень продолжительный инкубационный период. Однако оказалось, что они вызываются не вирусами, а мельчайшими инфекционными агентами белковой природы – прионами .

     Лечение и профилактика. Репродукция вирусов  тесно переплетается с механизмами  синтеза белка и нуклеиновых  кислот клетки в зараженном организме. Поэтому создать лекарства, избирательно подавляющие вирус, но не наносящие  вреда организму, – задача чрезвычайно  трудная. Все же оказалось, что у  наиболее крупных вирусов герпеса  и оспы геномные ДНК кодируют большое  число ферментов, отличающихся по свойствам  от сходных клеточных ферментов, и это послужило основой для  разработки противовирусных препаратов. Действительно, создано несколько  препаратов, механизм действия которых  основан на подавлении синтеза вирусных ДНК. Некоторые соединения, слишком  токсичные для общего применения (внутривенно или через рот), годятся  для местного использования, например при поражении глаз вирусом герпеса.

     Известно, что в организме человека вырабатываются особые белки – интерфероны. Они  подавляют трансляцию вирусных нуклеиновых  кислот и таким образом угнетают размножение вируса. Благодаря генной инженерии стали доступны и проходят проверку в медицинской практике интерфероны, производимые бактериями .

     К самым действенным элементам  естественной защиты организма относятся  специфические антитела (специальные  белки, вырабатываемые иммунной системой), которые взаимодействуют с соответствующим  вирусом и тем самым эффективно препятствуют развитию болезни; однако они не могут нейтрализовать вирус, уже проникший в клетку. Примером может служить герпетическая инфекция: вирус герпеса сохраняется в клетках нервных узлов (ганглиев), где антитела не могут его достичь. Время от времени вирус активируется и вызывает рецидивы заболевания.

     Обычно  специфические антитела образуются в организме в результате проникновения  в него возбудителя инфекции. Организму  можно помочь, усиливая выработку  антител искусственно, в том числе  создавая иммунитет заранее, с помощью  вакцинации. Именно таким способом, путем массовой вакцинации, заболевание  натуральной оспой было практически  ликвидировано во всем мире.

     Современные методы вакцинации и иммунизации  разделяются на три основных группы. Во-первых, это использование ослабленного штамма вируса, который стимулирует  в организме продуцирование антител, эффективно действующих против более патогенного штамма. Во-вторых, введение убитого вируса (например, инактивированного формалином), который тоже индуцирует образование антител. Третий вариант – т.н. «пассивная» иммунизация, т.е. введение уже готовых «чужих» антител. Животное, например лошадь, иммунизируют, затем из ее крови выделяют антитела, очищают их и используют для введения пациенту, чтобы создать немедленный, но непродолжительный иммунитет. Иногда используют антитела из крови человека, перенесшего данное заболевание (например, корь, клещевой энцефалит).

     Накопление  вирусов. Для приготовления вакцинных  препаратов необходимо накопить вирус. С этой целью часто используют развивающиеся куриные эмбрионы, которых заражают данным вирусом. После  инкубирования зараженных эмбрионов в течение определенного времени накопившийся в них вследствие размножения вирус собирают, очищают (центрифугированием или другим способом) и, если нужно, инактивируют. Очень важно удалить из препаратов вируса все балластные примеси, которые могут вызывать серьезные осложнения при вакцинации. Конечно, не менее важно убедиться, что в препаратах не осталось неинактивированного патогенного вируса. В последние годы для накопления вирусов широко используют различные типы клеточных культур.

Методы  изучения вирусов

     Вирусы  бактерий первыми стали объектом детальных исследований как наиболее удобная модель, обладающая рядом  преимуществ по сравнению с другими  вирусами. Полный цикл репликации фагов, т.е. время от заражения бактериальной  клетки до выхода из нее размножившихся вирусных частиц, происходит в течение  одного часа. Другие вирусы обычно накапливаются  в течение нескольких суток или  даже более продолжительного времени. Незадолго до Второй мировой войны и вскоре после ее окончания были разработаны методы изучения отдельных вирусных частиц. Чашки с питательным агаром, на котором выращен монослой (сплошной слой) бактериальных клеток, заражают частицами фага, используя для этого его последовательные разведения. Размножаясь, вирус убивает «приютившую» его клетку и проникает в соседние, которые тоже гибнут после накопления фагового потомства. Участок погибших клеток виден невооруженным глазом как светлое пятно. Такие пятна называют «негативными колониями», или бляшками. Разработанный метод позволил изучать потомство отдельных вирусных частиц, обнаружить генетическую рекомбинацию вирусов и определить генетическую структуру и способы репликации фагов в деталях, казавшихся ранее невероятными.

     Работы  с бактериофагами способствовали расширению методического арсенала в изучении вирусов животных. До этого исследования вирусов позвоночных выполнялись  в основном на лабораторных животных; такие опыты были очень трудоемки, дороги и не очень информативны. Впоследствие появились новые методы, основанные на применении тканевых культур; бактериальные клетки, использовавшиеся в экспериментах с фагами, были заменены на клетки позвоночных. Однако для изучения механизмов развития вирусных заболеваний эксперименты на лабораторных животных очень важны и продолжают проводиться в настоящее время. 

Список  литературы

1. Учебное пособие. Мандро Николай Михайлович, Землянская Наталья Ивановна, Бондаренко Валерий Васильевич, Бурик Виктор Владимирович «Основы общей микробиологии, вирусологии и болезней зверей и птиц» 
2. http://032.help-rus-student.ru/text/002.htm 
3. http://www.o-med.ru/083.php 
4. Земсков М.В. и др Основы общей микробиологии, вирусологии и иммунологии. Изд. 2-е, испр. и доп. М., «Колос», 1977. 
5. http://collegemicrob.narod.ru/microbilogy
6. Вирусология. Под редакцией Филдса Б., Найта Д., тт. 1–3, М., 1989