Вирусные заболевания

Вирусы как возбудители заболеваний

Вирусы как возбудители заболеваний человека, животных, растений и микроорганизмов известны с глубокой древности. Найден папирус с описанием оспы, бушевавшей в Древнем Египте около 4000 лет до н. э. Исследования древнеегипетских мумий и изображений жрецов на стенах храмов и гробниц показали, что за 3500 лет до н. э. в Древнем Египте и в Сирии люди болели полиомиелитом (детским параличом). Одна из вспышек этой болезни была описана древнегреческим врачом Гиппократом в IV веке до н. э. Клиническую картину бешенства описали в свое время Демокрит (V в. до н. э.) и Аристотель (IV в. до н. э.).

В прошлые века вирусные инфекции носили характер опустошительных эпидемий и пандемий, охватывавших обширные территории Земли. В истории нашей страны, например, не раз случались повальные эпидемии оспы. В XIII веке в Москве оспа уничтожила почти 80 % населения. В эпоху Средневековья в одной только Европе ежегодно от эпидемий умирали 1,5-2 млн человек.

Заболевания вирусной природы широко распространены и в настоящее время. Среди детских болезней частой является корь. В мире от кори ежегодно погибают тысячи детей. В странах с жарким климатом наиболее частой причиной детской смертности на первом году жизни являются ротавирусные гастроэнтериты (желудочно-кишечные заболевания).

Характер эпидемий, повторяющихся из года в год, носят многие болезни вирусной природы: грипп, ОРВИ (острые респираторные вирусные инфекции), гепатит, краснуха, полиомиелит, клещевой энцефалит, свинка (эпидемический паротит), корь, бешенство, желтая лихорадка, оспа, СПИД (синдром приобретенного иммунодефицита) и др.

Вирусы не только вызывают инфекционные болезни, но и могут быть причиной возникновения доброкачественных и злокачественных опухолей, а также злокачественных заболеваний крови (лейкозов). Вирусные заболевания встречаются не только у людей, но и у животных и растений.
У животных серьезными вирусными болезнями являются ящур и лейкоз у крупного рогатого скота, инфекционная анемия – у лошадей, рожистое воспаление – у свиней, чума – у птиц и свиней, миксоматоз – у кроликов, грипп – у млекопитающих и птиц, вирусная вертячка – у овец, чумка – у плотоядных. Вирусные заболевания наносят большой ущерб животноводству. Например, вирус ящура, распространяясь со скоростью цепной реакции, способен нанести ущерб животноводству в масштабе целой страны. Подобная катастрофа наблюдалась в конце 2000 года в Великобритании, где в целях борьбы с эпидемией ящура за считанное количество дней были уничтожены весь крупный рогатый скот и все поголовье овец. При этом государство и фермеры понесли колоссальные убытки.

У растений вирусное заражение вызывает опухолевые разрастания, задержку роста, морщинистость и карликовость побегов и листьев, нарушение окраски цветков (например, желтую полосатость на побегах и цветках тюльпанов). Вирусные болезни картофеля, огурцов, томатов, ячменя, гороха и других растений существенно снижают их урожайность.

Вирусные заболевания у растений
Вирусные заболевания у растений: 1 – полосатость цветков у тюльпана; 2 – стрик у томата; 3 – белая мозаика у огурца

СПИД – вирусное заболевание

В 1981 году появилось новое, ранее не известное науке заболевание, получившее название «синдром приобретенного иммунодефицита» (сокращенно СПИД). При этой болезни человек теряет ту часть иммунной системы организма, которая связана с Т-лимфоцитами крови, обеспечивающими клеточный и гуморальный иммунитет. В 1983 году был открыт вирус, названный ВИЧ (вирус иммунодефицита человека), вызывающий заболевание СПИДом. Вирус ВИЧ, поражающий Т-лимфоциты, относится к группе ретровирусов. Это РНК-содержащий вирус.

Размер отдельной частицы ВИЧ, то есть его вириона, достигает 100 – 140 нм. Вирион имеет округлую форму. Под электронным микроскопом он выглядит как многолепестковый цветок. Внутри вириона находятся две молекулы РНК, окруженные белковой оболочкой – капсидом. Рядом с молекулами РНК находятся специфические белки-ферменты (транскриптаза ВИЧ), трансформирующие РНК вириона в ДНК хозяина. Вирион имеет суперкапсид – двухслойную мембрану, построенную из мембраны клетки-хозяина. Снаружи на мембране располагаются особые белки – гликопротеиды (то есть сложные соединения углевода и белка), главной функцией которых является присоединение вириона СПИДа к клеточной поверхности клетки-хозяина.

Схема вириона вируса СПИДа
Схема вириона вируса СПИДа: 1 – специфические белки вируса; 2 – гликопротеиды вируса; 3 – мембрана, «украденная» у клетки-хозяина; 4 – молекулы РНК в белковой оболочке; 5 – молекулы белка, трансформирующего РНК в ДНК

Вирион ВИЧ инфицирует первоначально Т-лимфоциты (особые лейкоциты, которые, размножаясь в селезенке и лимфатических узлах, выполняют иммунные функции). Затем в патологический процесс вовлекаются все клетки кроветворных органов (селезенки, костного мозга), лимфатических узлов, легких, некоторые клетки нервной системы, соединительной ткани, эпителиальные клетки кишечника, клетки мозга.

Кульминационный этап развития СПИДа – сборка вирусных частиц в клетке-хозяине и выход потомства вирионов из инфицированной клетки. Сборка происходит на плазматической мембране лимфоцита, откуда образовавшиеся частицы отпочковываются и внедряются вновь в незараженные клетки. Характерно, что у вируса СПИДа этот процесс протекает очень быстро: за пять минут на одной лимфоцитарной клетке может образоваться до 5000 новых вирусных частиц.

Хотя вирус, вызывающий СПИД, обнаруживается в секретах человеческого тела – слюне, слезах, молоке, нет доказательств фактов его передачи при бытовом контакте. ВИЧ-инфекция привносится в организм преимущественно в результате сексуальных контактов с зараженными людьми, а также при внутривенном введении наркотиков и нарушении санитарных норм во время переливания крови. Известны случаи заражения детей в процессе родов и при грудном кормлении молоком матери.

В настоящее время количество ВИЧ-инфицированных людей на планете массово нарастает. Пять африканских стран (Замбия, Зимбабве, Малави, Руанда и Уганда) лидируют по масштабам пандемии СПИДа. Там инфицировано 7–9% населения (в том числе большое количество детей), а в крупных городах – более 25 %.

В России последние годы также наблюдается рост ВИЧ-инфицированного населения. Преобладающее число зараженных составляет молодежь. Проблема борьбы с вирусом СПИДа остается одной из главных проблем общества, здравоохранения и науки вирусологии.
Ученым – вирусологам, генетикам, медикам, селекционерам, бактериологам, биохимикам, молекулярным биологам и другим специалистам предстоит еще многое сделать для изучения природы вирусов во всем их разнообразии, чтобы уберечь живые существа от болезней и гибели.

Защита от вирусов

Вирусология – это наука о вирусах, изучающая их строение, биохимию, систематику и значение. При этом главной ее задачей является не только обнаружение новых, ранее не исследованных возбудителей болезней человека, животных и растений, но и определение способов борьбы с вирусами и профилактика заражения ими.

Такие примеры уже имеются в истории человечества. Один из них – когда в конце XVIII века (1798) английский сельский врач Эдвард Дженнер применил на практике средство для защиты от страшного инфекционного заболевания – оспы. Своим изобретением Э. Дженнер положил начало массовому применению прививок методом вакцинации (от лат. vacca – корова). Это название не было случайным, так как содержимое для прививки бралось из оспенной пустулы (болячки) у доярки, заразившейся коровьей оспой.

Достижения вирусологии

Время рождения современной вирусологии – 50-е годы XX века, когда была создана вакцина против полиомиелита. К началу 60-х годов во всем мире уже было вакцинировано несколько сотен миллионов детей. В результате заболеваемость полиомиелитом во всех странах сразу же резко снизилась.

В середине ХХ века в вирусологии произошли и другие важные события, обеспечившие бурное развитие этой научной области. Прежде всего следует назвать разработку методов непрерывного культивирования штаммов живых человеческих клеток in vitro. Так была найдена биологическая система для выращивания вируса в больших количествах и для изучения, и для массового производства вакцины.

Кроме того, в 50-е годы в научную практику вошел электронный микроскоп с огромной разрешающей способностью. Это позволило вирусологам изучать морфологическую и химическую структуру вирусов, механизмы их размножения и взаимодействия с клеткой-хозяином. В эти же годы вирусология обогатилась фундаментальными исследованиями из смежных областей – цитологии, молекулярной биологии и генетики. Все это ускорило процесс накопления научных фактов, открытие новых, ранее неизвестных вирусов – возбудителей различных болезней.

Проблемы вирусологии

Перед вирусологией в настоящее время стоит еще много нерешенных задач. Первоочередная из них – найти доступные (дешевые и массовые) и эффективные средства борьбы с такими сложными и опасными заболеваниями, как СПИД, лейкозы и рак у человека, вирусные болезни у растений и животных (например, «птичий грипп»).

Другая чрезвычайно важная задача, стоящая перед вирусологией, – создание препаратов длительного и профилактического действия, защищающих организм от инфекции. Эта задача не столь проста, как кажется, поскольку вирусы, будучи живыми существами, подвержены постоянной наследственной изменчивости и эволюции. Следовательно, то вещество, которое какой-то период было защищающим средством, спустя некоторое время вследствие изменчивости данного вируса оказывается бессильным, и вместо заготовленной заранее вакцины нужно срочно создавать новую.

Третья задача, не менее значимая, чем первые две, – это выяснение роли скрытых вирусных инфекций и вирусоносительства. Известно, что некоторые вирусы инфицируют клетки хозяина и размножаются в них, не вызывая у него симптомов заболевания. Механизм скрытого инфицирования присущ многим группам вирусов, в том числе и оспы. Распознавание вирусоносительства очень важно и для самого инфицированного организма, и для окружающих.

Большое научное и практическое значение имеет еще одна проблема вирусологии, непосредственно связанная с биотехнологией, – это использование способности некоторых видов вирусов встраиваться в ДИК клетки и тем самым изменять свойства ее генотипа. Такой тип взаимодействия вируса и клетки называют интегративным или вирогенией.

Схема возникновения вирогении с ДНК-содержащим вирусом
Схема возникновения вирогении с ДНК-содержащим вирусом: 1 – автономная ДНК вируса; 2 – ДНК клетки-хозяина; 3 – интегрированная ДНК вируса (провирус); 4 – информационная РНК вируса

Исследование возможностей вирогении очень важно для решения задач генной инженерии, где вирусы применяются с целью создания in vitro новых комбинаций генетического материала, способного размножаться в клетке-хозяине и синтезировать в ней нужные для человека соединения.
Решение этих важных научных и практических задач может идти еще более успешно, если вирусология расширит свой поиск новых видов вирусов, изучение их биологии, экологии и взаимодействий с хозяевами; продолжит исследование молекулярной эволюции вирусов, уточнение системы видов, родов и семейств царства вирусов и т. д. Все это имеет большое практическое значение для человечества и для природы в целом.