Заразиться – заболеть???

Во время эпидемии полиомиелита, вспыхнувшей в Румынии в конце 20-х годов прошлого столетия, медицинская сестра одной из больниц из-за семейных проблем была вынуждена держать своего ребенка в палате с больными детьми. Он спал за ширмой. Ребенок на протяжении нескольких месяцев выглядел совершенно здоровым, хотя и был немного истощен. Врач из гуманных соображений назначил ему общеукрепляющие процедуры, в том числе облучение ультрафиолетовым светом. Спустя сутки после первого же сеанса облучения у ребенка поднялась температура до 40 °С, а на следующую ночь он умер с явлениями паралича. Диагноз «полиомиелит» подтвердился на вскрытии и вирусологически.

В 1925 году в Бристоле (Англия) вспыхнула эпидемия оспы, при которой смертность достигала 71 %. Вакцинированная за б лет до этого 12-летняя девочка постоянно ухаживала за своим заболевшим отцом, а после его смерти – за больными оспой матерью и теткой. При этом ребенок ни одного дня не болел, но контактировавшие с этой девочкой непривитые 21 человек заболели натуральной оспой и погибли.

Приведенные факты сегодня легко объяснимы: в обоих случаях вирус присутствовал в организме внешне здоровых детей, т. е. оба ребенка были вирусоносителями: первый – вируса полиомиелита, второй – вируса натуральной оспы. Под действием ультрафиолетового облучения произошла активация вируса полиомиелита (явление резкого усиления вирусного размножения), и ребенок погиб от развившегося острого полиомиелита. Во втором случае вирусоносительство, очевидно, сопровождалось постоянным выделением инфекционного вируса оспы в окружающую среду, и 21 человек поплатились за это жизнью.

Таким образом, в начале 20-х годов XX столетия, в самый разгар борьбы с тяжелыми вирусными заболеваниями, в научной литературе стали появляться сообщения о возможности присутствия некоторых вирусов в организме внешне здоровых людей. Число подобных сообщений постепенно увеличивалось. Наблюдения показывали, что данное явление имеет место не только у людей, но и у животных, растений, насекомых и даже бактерий. Да-да, и бактерий!

В 1921 году известный бельгийский иммунолог Ж. Борде и его ученик, румынский микробиолог М. Чиука, описали случай появления бактериального вируса – бактериофага – в пробирках с бактериями, хотя никто этот вирус в пробирки не вносил (рис. 2). Может быть, бактериофаг попал туда случайно? Чтобы в этом разобраться, нарастили большую биомассу бактерий из одной-единственной клетки, но и в этом случае в полученной культуре бактерий обнаруживался бактериофаг. Более того, даже после воздействия на подобные бактериальные культуры антибактериофаговыми сыворотками[4] в них вновь находили бактериофаги.

^{Рис. 2. Частица бактериального вируса (бактериофага). Электронная микрофотография, увеличение в 500 000 раз}

Подобную ситуацию можно было объяснить лишь тем, что бактериальный вирус способен скрыто существовать в бактериальной клетке, не вызывая ее разрушения. Еще в 1925 году бельгийский иммунолог и бактериолог, лауреат Нобелевской премии Ж. Бордэ писал: «Способность воспроизводить бактериофаг записана в наследственном материале бактерии». И он был прав, однако первооткрыватель бактериофага Феликс Д'Эррель, чей авторитет в то время был необычайно высок, не признавал существования скрытой формы вирусной инфекции у бактерий, и с его легкой руки все подобные примеры были признаны результатом элементарного лабораторного загрязнения бактериальных культур бактериофагом. Понадобилось еще 25 лет, чтобы окончательно подтвердить факт существования скрытой вирусной инфекции у бактерий, известной в настоящее время под названием лизогения (рис. 3).

^{Рис. 3. Схема острой и скрытой (лизогенной) вирусной инфекции бактериальной клетки}

Так вот, при острой инфекции такая бактериофаговая ДНК, попав внутрь бактерии, вызывает остановку всех присущих последней обменных процессов, а взамен в зараженной клетке запускается синтез будущих бактериофаговых структур – бактериофаговой ДНК и бактериофаговых белков. Причем те и другие синтезируются в разных участках бактериальной клетки, а затем, как в сборочном цехе, происходит сборка зрелых вирусных частиц: молекулы ДНК бактериофага «упаковываются» в белковые чехлы, и частицы бактериального вируса готовы! Внутри зараженной клетки образуется 100–200 и более таких частиц; в конце концов клетка разрывается, и потомство внедрившегося вируса выходит наружу, готовое к заражению новых бактериальных клеток.

А что же происходит внутри бактерии при скрытой вирусной инфекции, т. е. при лизогении? Попав в бактериальную клетку, ДНК многих, так называемых умеренных, бактериофагов ведет себя совсем не так, как было описано выше.

Читатель, конечно, помнит, что деление любых клеток начинается с деления их хромосом. И не забыл, что деление самих хромосом осуществляется путем их продольного расщепления, благодаря чему все единицы наследственности (гены), расположенные в хромосоме друг за другом, подобно бусинкам в нитке бус, попадают поровну в обе вновь образовавшиеся в результате деления дочерние клетки.

Ну а какова при этом судьба бактериофаговых ДНК? Нет оснований за них беспокоиться. Встроившись в структуру бактериальной хромосомы, ДНК вирусов бактерий также расщепляется при делении бактериальной хромосомы как ее составная часть, и в результате по одной бактериофаговой ДНК попадает во вновь образовавшиеся дочерние бактериальные клетки, которые в результате тоже будут лизогенными, т. е. способными к лизису (растворению).

В частности, при облучении ультрафиолетовым светом лизогенных бактерий вирусная ДНК отсоединяется от бактериальной хромосомы и начинает себя вести точно так же, как при формировании острой инфекции: вызывает остановку всех обменных процессов клетки и вместо них запускает синтез вирусной ДНК и вирусных белков. После этого, как нетрудно догадаться, будет происходить сборка зрелых вирусных частиц и последующий разрыв бактериальной клетки с выходом вновь образовавшихся частиц бактериального вируса наружу.

Вскоре после обнаружения скрытой вирусной инфекции у бактерий начали появляться сообщения о существовании скрытых вирусных инфекций у растений. Так, в 1930 году два сотрудника Кембриджского университета, В. Сэлмен и С. Л. Пелей, сделали интересное открытие, работая с различными сортами картофеля. Исследователи привили черенок внешне вполне здорового картофеля сорта «Король Эдуард» на растение другого сорта и вскоре обнаружили у последнего признаки развития тяжелого вирусного заболевания. Позднее оказалось, что каждое растение сорта «Король Эдуард», полученное из любой части Англии, при прививке другим сортам картофеля вызывает у них развитие тяжелого вирусного заболевания. Так был открыт Е-вирус картофеля, которым действительно были заражены все растения сорта «Король Эдуард», поддерживавшие скрытую вирусную инфекцию и внешне выглядевшие совершенно здоровыми.

Прошло немного времени, и скрытые вирусные инфекции обнаружили у сахарной свеклы, томатов, огурцов, картофеля других сортов, у хмеля, малины, гороха, у разнообразных цветов и даже у гигантских деревьев тропических лесов. Исследователи открыли целый ряд передающихся через почву вирусов, которые, как выяснилось, размножаются в обычных сорняках, но выявляются только тогда, когда поражают культурные растения, имеющие важное хозяйственное значение.

В 1937 году французские ученые Эритье и Тейсье открыли у некоторых плодовых мушек дрозофил неожиданное свойство – очень высокую чувствительность к действию диоксида углерода (СO₂), выражающуюся в быстро наступающей гибели насекомых, помещенных в атмосферу этого газа. Обычно плодовые мушки хорошо переносят подобное воздействие, и СO₂ может вызывать у них лишь временный наркоз. Прошло несколько лет, и оказалось, что всему виной так называемый вирус сигма, заражение которым у мушек внешне ничем не проявляется, обнаруживаясь лишь наличием повышенной чувствительности насекомых к диоксиду углерода. Скрытая инфекция вирусом полиэдроза была обнаружена у гусениц тутового шелкопряда. Этот вирус у них передается по наследству. Японский исследователь К. Ямафуджи установил, что если гусениц тутового шелкопряда кормить на листьях, смоченных азотистокислым калием, ацетоксином или гидроксиламином, то скрытая вирусная инфекция переходит в явную.

Шли годы. Чем глубже ученые проникали в тайны вирусов, тем чаще они наблюдали случаи, когда вирусное заражение не приводило к развитию заболевания. Еще в 1921 году в Пастеровском институте в Париже известный французский вирусолог С. Левадити выделил из слюны внешне здорового человека инфекционный вирус герпеса.

В своих исследованиях ученые неоднократно сталкивались со случаями выделения инфекционных вирусных частиц внешне уже здоровым организмом, перенесшим заболевание. Вирусоносители (и люди, и животные) длительное время выделяли вирусы после выздоровления от полиомиелита, вакцинальной инфекции[5], ящура, чумы птиц и др.

Такого рода факты постепенно накапливались. Они не сразу привлекли к себе всеобщее внимание и уж совсем не сразу заставили ученых задуматься над их сутью. Поначалу подобные явления многим казались казуистикой, эдакими фокусами природы (мол, чего в жизни не бывает!) и каждый раз вызывали удивление, а порой и изумление. А все, наверное, потому, что еще не было сделано важного открытия, которое в силу своей неожиданности и, главное, простоты смогло бы перевернуть прочно укоренившееся представление о неизбежности смертельной схватки при встрече вируса с организмом другой природы.

Но вот такое открытие наконец было сделано.

Лед сломан

Зимой 1952 года группа американских вирусологов – В. Роу, Р. Хюбнер, Л. Гилмор, Р. Паротт и Т. Уорд – для приготовления тканевых культур получили из детской больницы в Вашингтоне удаленные хирургическим путем аденоиды и миндалины внешне здоровых детей. Биологическую ткань измельчили ножницами и каждый отдельный кусочек поместили в пробирку с питательной средой. Пробирки поставили в термостат, внутри которого поддерживалась температура 37 °С, что соответствует температуре человеческого тела. За состоянием тканевых кусочков ежедневно наблюдали в микроскоп.

В пробирках началось размножение клеток, с каждым днем их становилось все больше и больше. Культуры ткани (так это называется) росли, им периодически меняли питательную среду.

Прошло уже много дней, как вдруг в некоторых культурах появились признаки цитопатического действия, т. е. началось их разрушение, дегенерация: клетки потемнели, потом отслоились друг от друга, затем стали сморщиваться и распадаться. Процесс нельзя было остановить, и вскоре многие культуры ткани (полученные от внешне здоровых детей!) погибли.

Желая выяснить причину этого, ученые в первую очередь решили проверить на предмет наличия бактерий питательную среду, на которой росли клетки, для чего добавили ее в питательный бульон, в котором, как известно, прекрасно размножаются различные бактерии. Ведь не исключено, что именно из питательной среды бактерии могли попасть в культуры ткани и вызвать гибель клеток. Но нет, бульон на протяжении многих дней оставался стерильным, следовательно, бактерий в культурах не было. Тогда питательную среду пропустили через бактериальные фильтры — специальные фарфоровые или целлюлозные пластинки с порами, по размерам меньшими, чем величина даже самых маленьких бактерий. С помощью таких фильтров можно легко отделить бактерии от вирусов в любом растворе: бактерии задержатся фильтром, а вирусы, пройдя сквозь поры фильтра, оказываются в фильтрате – жидкости, прошедшей через фильтр.

Пропустив через бактериальный фильтр питательную среду с разрушенными тканями, исследователи полученный фильтрат внесли в свежую культуру ткани, клетки которой хорошо размножались. Спустя несколько дней в этой культуре обнаружились признаки клеточной дегенерации. Далее еще раз питательную среду пропустили через бактериальный фильтр и полученный фильтрат добавили к свежей культуре. Подобные пересевы проделали 17 раз подряд, и каждый раз фильтрат погибшей культуры вызывал гибель клеток вновь зараженной ткани.

Напрашивался простой вывод: в аденоидной ткани и в ткани миндалин внешне здоровых детей находился некий быстроразмножающийся мельчайший инфекционный агент, способный проходить через бактериальные фильтры, задерживающие бактерии (значит, не бактерия!), и этот агент постоянно размножается в тканевой культуре. Так были открыты хорошо теперь известные аденовирусы.

Естественно, после этого открытия ученых заинтересовал главный вопрос: почему аденовирусы, присутствовавшие в организме детей, не вызывали развития признаков заболевания? Помните, ведь дети, от которых первоначально были получены ткани аденоидов и миндалин, были практически здоровыми.

Необходимы были новые исследования. Прежде всего следовало выяснить, почему гибель кусочков тканей наступает не сразу, а лишь спустя 10, 20 и более дней после начала их культивирования в пробирках. Для обнаружения инфекционного агента только что выделенные ткани миндалин тщательно измельчают ножницами, разрушают растиранием с песком или попеременным замораживанием и оттаиванием. Увы! Ни в одном случае из подобных клеточных гомогенатов (однородная масса из измельченных тканей различных организмов) вирус выделить не удается. Но зато в таких тканевых суспензиях обнаруживаются антитела[6] к аденовирусам!

Антитела – вот причина неудач прежних опытов! Ученые высказывают мнение, что именно антитела маскируют вирус. В процессе культивирования кусочков тканей при смене питательной среды антитела вымываются, вирус освобождается от их воздействия и становится доступным для обнаружения (по его разрушающему действию на клетки).

В работу включаются все новые исследователи. Теперь опыты ведут не на культурах ткани (кусочках), а на культурах клеток. Давайте познакомимся с методом клеточных культур, и вы сами убедитесь в его преимуществе перед методом культур тканей.

Итак, получив культуру клеток человека, американский вирусолог Р. Гинсберг заразил их аденовирусом и добавил в питательную среду противоаденовирусные антитела. И что же?

Клетки прекрасно размножались в присутствии этих антител, и вскоре их накопилось так много, что можно было пересевать в новые матрасы. При этом в питательную среду снова добавили антитела. Далее клетки в присутствии противоаденовирусных антител успешно пересевали 26 раз, но однажды при очередном пересеве в питательную среду уже не добавили антитела…