Вы здесь

Возбудители болезни

История открытия вирусов и признания их возбудителями заразных болезней несколько необычна. Еще до открытия причины заболевания оспой английский врач Э. Дженнер в 1796 году предложил способ ее профилактики путем прививки здоровому человеку не человеческой, а коровьей оспы. Впоследствии (с 1908 года) наука не только подтвердила правильность идеи, но и объяснила механизм успеха прививки, применявшейся до недавнего времени и практически обеспечившей полную ликвидацию этого недуга на земле.

Основоположник научной микробиологии, выдающийся французский ученый Луи Пастер в 1885 году предложил прививку против тяжелейшего, смертельного заболевания — бешенства (вирус открыт в 1903 году). И только в 1892 году наш соотечественник Д. И. Ивановский обнаружил существование нового вида возбудителей — вирусов, еыяснив причину поражения листьев табака мозаичной болезнью. Ивановский был ботаником и работал в Никитском ботаническом саду. В 1917 году француз Ф. д'Эррель открыл вирус, поражающий микроорганизмы (бактерии), и назвал его бактериофагом. Так было установлено, что вирусы могут вызывать болезни людей, животных, растений и даже поражать микроорганизмы.

Если микроорганизмы, и в частности бактерии, являются одноклеточными существами и могут жить как в организме человека, животного и растения, так и вне его — в почве, воде, на искусственных питательных средах, то вирусы не имеют клеточной организации и являются обязательными внутриклеточными паразитами.



На основании последних научных данных царству вирусов необходимо дать следующее определение. Все они являются автономными генетическими структурами, способными жить и размножаться в восприимчивых к ним клетках человека, животных, растений, простейших и бактерий. Не являясь оформленными организмами, они представляют собой своеобразную неклеточную форму жизни и подчиняются законам эволюции. Вместе с тем вирусы, видимо, играют и определенную роль в эволюции других живых существ, так как они, преодолевая видовые барьеры, могут переносить из клетки в клетку, в том числе и у неродственных организмов, отдельные гены или группы генов. Вирусная дезоксирибонуклеиновая кислота способна к интеграции с хромосомами клеток хозяев, превращаясь в дальнейшем в гены, несущие дочерним клеткам уже другую наследственную информацию.

Морфологически обособленными единицами вирусов считаются вирионы, изучение строения которых показало, что их пространственная структура аналогична структуре естественных форм (кристаллов), искусственных (различных архитектурных сооружений) и подчиняется одним и тем же строгим математическим законам. Поэтому в вирусологии возникло понятие «архитектоники вирионов», характеризующееся обязательным наличием двух элементов: центрально расположенной нуклеиновой кислоты и окружающей ее оболочки (правда, у некоторых вирусов внешняя оболочка отсутствует).

Вирионы могут иметь различные формы, которые укладываются в два типа. В первом оболочка более или менее прочно связана со спиралью нуклеиновой кислоты, и тогда вирион имеет продолговатую форму. Во втором внутри оболочки образуется полость, в центре которой находится нуклеиновая кислота; при этом архитектоника вириона характеризуется типом симметрии куба или многогранника (вирусы микроорганизмов — фаги имеют в дополнение к многограннику «хвост», чем похожи на сперматозоиды).

Вирусы различаются по величине. Так, самым крупным вирусом животных является возбудитель натуральной оспы, вирион которого имеет длину 300— 450 и ширину 170—260 нанометров (одна миллиардная часть метра). Вирион возбудителя полиомиелита человека является наименьшим, его диаметр равен 17—30 нанометрам.

Пространственные отношения между капсидом (оболочкой) и нуклеиновой кислотой, а также их структурные особенности имеют существенное значение для классификации вирусов. Просто организованные вирусы представляют собой нуклеиновую кислоту, окруженную белковым капсидом. Сложные вирусы имеют еще одну оболочку — наружную, содержащую помимо белков также липиды и гликопротеиды. Что касается нуклеиновых кислот вирусов, то необходимо отметить, что они могут представлять собой как дезоксирибонуклеиновые (ДНК), так и рибонуклеиновые (РНК) кислоты. У вирусологов так и принято говорить: о ДНК-содержащих и РНК-содержащих вирусах. При этом следует вспомнить, что еще из школьного курса биологии была известна роль ДНК в качестве материального носителя и хранителя наследственной информации и роль РНК как вспомогательного фактора в синтезе белков — считывание наследственной информации, матричные и транспортные функции. Сохранение наследственной информации РНК-геномом является уникальной способностью вирусов, большинство (около 80 процентов) из которых обладает именно этим свойством. Вместе с тем следует отметить, что внутри этих двух больших групп вирусы разделяются еще по характеру и пространственному строению нуклеиновых кислот (одно- и двунитчатые, линейные, спиральные и кольчатые нуклеиновые кислоты).

Наличие у вирусов двух типов нуклеиновых кислот позволяет выдвигать довольно своеобразные гипотезы об их происхождении. Сперва были, да и в настоящее время рассматриваются, две рутинные гипотезы. Согласно одной из них вирусы являются реликтами доклеточных форм жизни — протобионтов, предшествовавших появлению клеточной жизни. Согласно другой — вирусы представляют собой результат крайнего упрощения (регрессивной эволюции) клеточных форм паразитических особей, превратившихся вследствие этого процесса в неклеточные. Более современная теория полагает, что вирусы являются производными генетических элементов клеток, которые возникали и эволюционировали вместе с аналогичными процессами у клеточных форм. При этом в процессе эволюции закрепилась ставшая канонической форма материального носительства и сохранения наследственной информации в клетке молекулой ДНК, тогда как подобная роль и для РНК осталась и закрепилась только у вирусов.

В процессе эволюции у вирусов выработалась и так называемая «адресная функция». Это означает, что они вызывают инфекционный процесс у относительно узкого круга хозяев и могут осуществлять поиск чувствительных клеток среди бесконечно многочисленных нечувствительных. Названная функция реализуется наличием специальных «поисковых» белков на поверхности вирусной частицы, способных «узнать» специфический рецептор на поверхности чувствительной клетки.

Взаимодействие вируса с чувствительной клеткой начинается с адсорбции — прикрепления вирионов к клеточной поверхности. Вирус прикрепляется к клетке за счет «прикрепительных» белков, которые могут находиться либо в составе капсида, либо вне его — в структурных отростках.

Далее вирус проникает в чувствительную клетку. Причем вирусы могут использовать тот же механизм прохождения клеточных мембран, который характерен для обычного процесса проникновения в клетку различных физиологически активных веществ (питательных, гормонов и др.) из внеклеточной среды. В другом случае перед вхождением в клетку происходит слияние оболочки вириона с клеточной плазматической мембраной. Проникшие в клетку вирусы затем могут концентрироваться в ядре пораженной клетки, в некоторых ее органоидах, например в лизосомах, или оставаться в цитоплазме. Для того чтобы вызвать инфекционный процесс, вирионы, проникшие в клетку, должны освободиться от оболочки — «раздеться». Конечными продуктами этого процесса являются сердцевины вирионов, в которых содержатся нуклеиновые кислоты. Степень раздевания может быть различной. При слиянии вирусной и клеточной мембран «раздевание» вириона сочетается с этим процессом.

Как построена и работает иммунная система

Самым существенным механизмом вирусной инфекции является реализация генетической информации вирусов и сборка вирусных частиц. У ДНК-содержащих вирусов генетическая информация «считывается» информационной РНК, на матрице которой затем происходит сборка частиц вириона, то есть размножение вирусов идет по так называемой «классической» схеме. Вирусы, у которых носителем генетической информации является РНК, обладают принципиально другими механизмами передачи этих данных. У одной группы РНК-содержащих вирусов, где геном одновременно обладает свойствами информационной РНК, сборка частиц происходит по «короткому» пути — прямо на матрице генома. У вирусов, у которых РНК не может выполнять функции информационной, сначала синтезируется информационная РНК, а на ее базе уже идет сборка частиц вириона. При этом фермент, полимеризующий нуклеотиды на матрице РНК,— траскриптаза, вносится в чувствительную клетку вирусом. В составе группы РНК-овых вирусов животных и человека есть подгруппа ретровирусов («обратных» вирусов), обладающих уникальным путем передачи наследственной информации. Они, благодаря наличию в их составе особого фермента — обратной транскриптазы, или ревертазы, способны «переписывать» данные РНК на ДНК, которая затем интегрирует с клеточным геномом и уже в его составе «считывается» информационной РНК, на чьей основе и происходит дальнейшая сборка вирусных частиц. К этой последней группе принадлежат и возбудители СПИДа — вирусы иммунодефицита человека (ВИЧ).

Собственно сборка вирусных частиц происходит последовательно, в несколько фаз. Первая — транскрипция — подробно описана выше. Вторая — трансляция — перевод генетической информации через информационную РНК в специфическую последовательность аминокислот в белковой молекуле. Одновременно идет репликация — синтез молекул нуклеиновых кислот ви-риона, гомологичных его геному. Все это заканчивается сборкой вирусных частиц, синтез компонентов которых может протекать в различных структурах ядер или протоплазмы чувствительных клеток. Репродуцированные вирусные частицы выходят из зараженной клетки либо путем ее разрыва и гибели, либо почкованием, когда вирусы, интегрируя с клеточной липопро-теидной мембраной, могут выходить из нее в течение относительно длительного времени, пока не истощатся ее жизненные ресурсы. Так или иначе, выход вирусных частиц из пораженной клетки как бы представляет взрывную цепную реакцию с массированной атакой других чувствительных клеток зараженного организма.

Возбудителями СПИДа являются лимфотропные вирусы человека, открытые французским вирусологом Люком Монтанье и сотрудниками его лаборатории в 1983 году и практически одновременно с ними — группой американских ученых под руководством Роберта Галло. В связи с тем что первый вирус был выделен от больного, страдавшего генерализованной лимфаденопатией, Л. Монтанье назвал его вирусом, ассоциированным с лимфаденопатией (ВАЛ). Вместе с тем американские исследователи приняли для него название ТЛВЧ-III — Т-лимфотропные человеческие вирусы третьего типа, так как первый и второй типы этих вирусов вызывают у людей лейкозы и другие злокачественные заболевания крови. Так под двумя названиями возбудитель СПИДа и упоминался в литературе до 1986 года, когда эксперты Всемирной организации здравоохранения посчитали целесообразным дать ему упрощенное название — вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Этот возбудитель по современной классификации относится к семейству ретровирусов, точнее к той части этого семейства, которая способна вызывать у человека и жиеотных медленно прогрессирующие дегенеративные заболевания, то есть к лентивиру-сам.



Зрелая частица ВИЧ имеет практически шаровидную форму, двойную липидную мембрану, эксцентрично расположенную сердцевину с плотным нуклеоидом палочковидной или овальной формы. Диаметр этой частицы составляет от 100 до 140 нанометров. Для наглядности приведем такой пример: на линии длиной один сантиметр может свободно разместиться от 70 до 100 тысяч вирусных частиц, а на площади с копеечную монету — несколько десятков миллионов возбудителей СПИДа.

ВИЧ относится к РНК-содержащим ретровирусам и обладает обратной транскриптазой, обеспечивающей как цикл размножения вирионов, так и «переписывание» в пораженных клетках хозяина вирусной РНК на ДНК, которая, в свою очередь, встраивается (интегрирует) в хромосомы ядерного аппарата этих клеток. Возбудитель СПИДа способен поражать (имеет, как говорят, тропизм) Т-лимфоциты белой крови человека, и в частности — Т-лимфоциты-помощники (хелперы), что обусловливается большим сродством гликопротеидов наружной оболочки ВИЧ к поверхностным рецепторам Т-помощников.

Как уже сказано, ВИЧ встраивается в хромосомы пораженной клетки, и инфекция таким образом принимает интегративный характер, чем приговаривает пораженный организм к пожизненному носительству вируса. Но в отличие от других лимфотропных вирусов, вызывающих безудержное размножение лимфоцитов, возбудитель СПИДа единственный ив ретровиру-сов разрушает пораженные им лимфоциты-помощники, что неминуемо ведет к глубоким нарушениям всей иммунной системы больного человека. Кроме лимфоцитов у больных ВИЧ может поражать и некоторые другие клетки, и в частности — глиальные клетки центральной нервной системы.

Вполне понятно, что вирус иммунодефицита человека, накапливаясь в лимфоцитах и других лимфоид-ных клетках, будет обязательно содержаться в биологических жидкостях больного, связанных с деятельностью этих клеток: крови, сперме, влагалищном отделяемом, слюне, слезе и в женском молоке. Однако для заражения любым инфекционным агентом, в том числе и ВИЧ, необходима определенная доза (концентрация) заразного начала. Поэтому практическое значение в передаче СПИДа имеют только те жидкости больного организма, в которых возбудитель этого заболевания содержится в достаточном количестве: кровь, сперма и влагалищные выделения, очень редко — женское молоко.

К настоящему времени достоверно установлено, что основным путем передачи ВИЧ является половой; кроме того, возможна передача болезни с кровью больного, что имеет место при переливании донорской крови или ее препаратов, а также при использовании нестерильных шприцев, инъекционных игл и различных хирургических инструментов, загрязненных зараженной кровью. Все остальные способы распространения инфекции (воздушно-капельным путем, через пищу, посуду, при рукопожатии, поцелуе и так далее) при СПИДе не имеют значения. Не участвуют в передаче вируса и кровососущие насекомые и членистоногие — комары, клопы, вши или клещи, так как в их организме он быстро погибает.

Возбудитель СПИДа весьма не стоек во внешней среде и достаточно чувствителен к относительно высокой температуре, основным антисептикам и дезинфектантам. Так, вирус погибает в течение 20 минут при температуре плюс 56—58 градусов, довольно быстро уничтожается 0,3-процентным раствором перекиси водорода, 1-процентным раствором глютарового альдегида, 0,2-процентным раствором гипохлорита натрия, 50-градусным этанолом, но относительно устойчив к ультрафиолетовым лучам. Все сказанное позволяет гарантировать в отношении ВИЧ действенность обычных обеззараживающих мероприятий, применяемых в лечебных и профилактических медицинских учреждениях. И вместе с тем широкое и систематическое применение одноразовых шприцев и игл следует считать оптимальным.

При попадании в организм человека возбудитель СПИДа, наряду с развитием инфекции, вызывает обра-кование антител — особых белков крови — глобулинов, продуцируемых, как было сказано ранее, специализированными лимфоцитами группы В. Ответственными за образование антител являются поверхностные белки вирусной частицы. До 1985 года вирус иммунодефицита считался монолитным в антигенном отношении, хотя уже тогда были выявлены различные варианты вызываемой им инфекции — африканская, американская, европейская и скандинавская. Однако с того же времени стал известен и ВИЧ-2 (или, по старой номенклатуре, BAЛ-2/TЛB4-IV) — возбудитель менее заразительной и менее опасной разновидности СПИДа, обнаруженный в Гвинее-Бисау и Сенегале. Это открытие существенно усложнило проблему, так как антитела к ВИЧ-1 отличаются от антител к ВИЧ-2, что приводит к необходимости иметь различные системы для диагностики этих разновидностей заболевания.

Кроме того, следует отметить, что наряду с больными, пораженными вирусами ВИЧ-1 и ВИЧ-2, имелись больные, у которых были обнаружены оба типа вируса одновременно. Сейчас трудно еще сказать, является ли ВИЧ-2 разновидностью «классического» варианта ВИЧ-1 или имеет самостоятельное происхождение. Но установлено, что вариабельность и способность к мутациям у возбудителей СПИДа довольно высока, в результате чего у них может оказаться очень большое количество типов и подтипов, превышающее таковое у всем известного возбудителя вирусного гриппа. Генетическая изменчивость ВИЧ, безусловно, затруднит разработку и вакцины против СПИДа, начатую сразу после обнаружения возбудителя.



Возможность изучения возбудителя СПИДа, разработка различных диагностических, а в будущем и прививочных препаратов обеспечивается размножением и поддержанием ВИЧ в особых биологических системах — культурах живых или переживающих определенное время клеток, то есть в клеточных субстратах, обычно применяемых в вирусологии. Однако в организме обычных лабораторных животных — белых мышей, морских свинок и кроликов — вирус не развивается. Он может размножаться только в организме некоторых обезьян, в частности мартышек и шимпанзе, но он вызывает у них бессимптомную инфекцию, что существенно осложняет экспериментальную работу. Вместе с тем ВИЧ, как это понятно из всего изложенного, крайне опасен для персонала лабораторий, в которых для работы с ним устанавливается особый и довольно строгий режим, предусмотренный соответствующими документами Министерства здравоохранения СССР.

Что касается происхождения возбудителей СПИДа, то следует отметить, что этот вопрос, с одной стороны, служит предметом пристального внимания научных коллективов вирусологических лабораторий мира, а с другой — не всегда объективно, к сожалению, освещается органами массовой информации. Здесь, видимо, целесообразно обсудить направления в интерпретации имеющихся данных.

Согласно одной из имеющихся версий — африканской — СПИД вначале возник в странах Африканского континента и далее, в связи с мировой миграцией африканцев на другие континенты и жителей других материков — в Африку (особенно — коммерческих и воинских контингентов США), получил всемирное распространение. Существование очагов СПИДа в странах Центральной Африки было доказано ретроспективными исследованиями сывороток крови местного населения и, в частности, так называемых контингентов риска (о группах риска будет подробно рассказано далее), а также иммуноэпидемиологическим анализом. Так, например, по сведениям из Заира, одно из сопутствующих СПИДу заболеваний — саркома Капоши составляет 1/10 всей заболеваемости опухолями в стране.

В Руанде у 12 процентов практически здорового населения обнаружены в сыворотке крови антитела к ВИЧ, а у официально зарегистрированных проституток частота обнаружения антител к ВИЧ доходит до 80 процентов. Но эти данные достоверны только для материала, собранного после 1975—1976 годов. Дальнейший анализ сведений, собранных в Африке, позволяет с большой долей вероятности утверждать, что к жителям этого континента возбудители СПИДа пришли от обезьян.

У ряда мартышкообразных (зеленых мартышек, макак и резусов) были обнаружены заболевания, сходные по клинике со СПИДом человека, которые вызываются тремя разновидностями ретровирусов, практически родственными ВИЧ. Здесь же необходимо отметить, что и ВИЧ-2 — возбудитель СПИДа, протекающего часто без проявления каких-либо клинических симптомов, а также двойная инфекция людей ВИЧ-1 и ВИЧ-2 — все это также было впервые обнаружено в странах Африканского материка.

В дополнение к африканской версии высказывается мнение, что ВИЧ является результатом эволюции вируса-предшественника, который ранее мог поражать как обезьян, так и людей. Но при этом он не вызывал столь тяжелых изменений в их иммунной системе, а практически бессимптомное носительство вируса, естественно, не обнаруживало и эпидемического распространения поражений. В подтверждение этого мнения приводятся такие факты, как чрезвычайно быстрая изменчивость вируса СПИД вообще, обнаружение в Африке возбудителя типа ВИЧ-2, а также наличие в ряде случаев относительно доброкачественного течения или легких форм СПИДа (особенно при заражении ВИЧ-2). Высказанное мнение можно подтвердить еще и тем, что сравнительно недавно при помощи методов молекулярной генетики было установлено генетическое родство различных вариантов и типов ВИЧ, подтверждающее их происхождение от одного предка.

Другой версией происхождения ВИЧ, нередко обсуждаемой на страницах различных газет и журналов, является так называемая американская. Вкратце она сводится к тому, что этот вирус был получен в одной из секретных лабораторий Пентагона — Кемп-Детрике — искусственным, генно-инженерным способом. При этом считается, что он является гибридом вируса, поражающего нервную систему овец (висна), и Т-лимфотропного вируса человека I типа, в результате чего получен возбудитель, способный ослаблять иммунную систему людей и делать их высоковосприимчивыми к биологическим средствам массового поражения. Полагают, что синтетический вирус при испытаниях на «добровольцах» (заключенных) вышел из-под контроля и получил эпидемическое распространение. Несмотря на заманчивость «американской версии» для прессы, следует отметить, что большинство специалистов по молекулярной генетике и генной инженерии ее не поддерживают. Более того, японские исследователи опубликовали данные о высокой степени родства вируса СПИДа с другими естественными ретровирусами. А накопленная к настоящему времени информация (широкое распространение возбудителей СПИДа в Африке, наличие нескольких его вариантов, обнаружение специфических антител в «старых» сыворотках крови, выявление сходных вирусов у различных животных и ряд других фактов) достаточно убедительно опровергает «пентагоновскую» версию происхождения вируса иммунодефицита. Такое же мнение высказывали и крупнейшие советские ученые — академики В. М. Жданов, В. И. Покровский, профессор А. Г. Рахманова — ведущие специалисты в области изучения вирусных инфекций, в том числе и СПИДа. Об этом более подробно можно узнать из статьи М. Эссекса и Ф. Канки в № 12 журнала «В мире науки» за 1988 год.