Беседы о вирусах (с илл.)

Но вот в клетку проникла вирусная нуклеиновая кислота. Она сразу же берет весь основной обмен клетки, все процессы синтеза под свой контроль.

Враг захватил завод, который в мирное время делал тракторы. Используя те же станки, оборудование и сырьевые ресурсы, враги заставляют рабочих завода делать танки для своей армии, чтобы захватывать все новые и новые города. Внутри зараженной клетки происходит, по существу, аналогичный процесс.

Вирусная нуклеиновая кислота ведет себя в клетке как агрессор. Информация, закодированная в вирусной РНК (или ДНК), служит для клетки более обязательным и строгим «приказом», чем усилия собственных нуклеиновых кислот сохранять на каком-то уровне нормальную физиологическую деятельность организма. В течение многих часов, а иногда и дней после заражения вирусная нуклеиновая кислота направляет все строительные запасы захваченной клетки на создание сотен и тысяч новых вирусных частиц.

Клетка превращается в фабрику по сборке своих убийц. Именно убийц, потому что вирусное потомство стремится выйти наружу и разрывает или расплавляет при этом клеточную оболочку, наступает гибель клетки-хозяина.

Вирус использует строительные ресурсы и ферментные системы клетки для своих нужд, а затем уничтожает ее, чтобы на следующем этапе инфекции заразить, а следовательно, и уничтожить сотни и даже тысячи новых клеток.

Раскрыть тайны процесса воспроизводства вирусов в зараженных клетках, последовательность происходящего внутри клетки таинства, удалось после того, как упорные поиски американского биохимика М. Франклина и советского вирусолога И. Баландина увенчались успехом. Им удалось доказать, что после заражения клеток различными вирусами в первую очередь формируется особый белок (ученые назвали его белок-ингибитор), подавляющий нормальное функционирование клеточных ДНК. Он прекращает передачу информации, необходимой для нормальных клеточных синтетических процессов.

Примерно в это же время формируется фермент, разрывающий полисомные комплексы, на которых шла сборка клеточных белков. Теперь уже клетка собственных белков не производит. Кроме того, и это является самым важным, синтезируется фермент полимераза (другое название — синтетаза), необходимый для снятия копий с внедрившейся в клетку вирусной РНК.

Для дальнейшей судьбы вируса именно стадия образования полимеразы является жизненно необходимой, потому что копии РНК будут использованы в качестве начинки при сборке новых вирионов. Синтезированные в клетке специфические вирусные РНК служат также матрицами, на которых строятся белковые части вириона — его капсомеры.

Предполагают, что молекулы нуклеиновой кислоты для будущих вирусных частиц строятся в ядре зараженной клетки, а белковые футляры в цитоплазме. Затем происходит формирование «полного», то есть зрелого, вируса. На внутренней поверхности клеточной оболочки завершается объединение вирусной нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК) с белковым чехлом. Этот процесс идет одновременно во многих участках и заканчивается созреванием большой массы высокозаразных частиц.

Иногда в клетках образуется больше молекул одного биополимера, чем другого. Тогда после сборки всех полноценных вирионов вирусного потомства может остаться некоторый избыток вирусной РНК или вирусного белка. Если в зараженной клетке сформировался избыток вирусного белка, его молекулы образуют оболочку вируса, не начиненную РНК (которой для этого просто не хватило). Эти структуры, называемые «неполный» вирус, выходят из клетки, и их можно увидеть в электронном микроскопе. Они похожи на бублик с дыркой посредине. Естественно, что такой «неполный» вирус не обладает инфекционными свойствами, которые полностью зависят только от РНК.

Четверть века назад, в 1952 году, известнейшими американскими биохимиками Э. Херши и М. Чейз при изучении бактериофагов впервые было показано, что нуклеиновые кислоты играют главную роль в репродукции вирусов. В отличие от всех остальных вирусов бактериофаги не проникают в клетку своего хозяина — микроба, а лишь прикрепляются к его оболочке. Наблюдая с помощью электронного микроскопа за различными стадиями взаимодействия между бактериофагами и бактериями, ученым удалось увидеть, как фаг вводит внутрь микроба свою нуклеиновую кислоту. Весь белковый чехол, которым бактериофаг прикрепился к оболочке микроба, остается снаружи. Фотографии, полученные учеными, обошли весь мир, опровергая прежние утверждения о ведущей роли белка в передаче наследственной информации.

Но ведь все, что касается бактериофага, необязательно должно повторяться при репродукции других, устроенных по-иному вирусов, утверждали скептики, у которых в голове не укладывалось, что из одной молекулы вирусной РНК в клетке может одновременно возникнуть тысяча и более новых вирусов. И вот в 1956 году X. Френкель-Конрад в США и одновременно с ним А. Гирер и Г. Шрамм в ФРГ сделали важное открытие, за которое они позднее получили Нобелевскую премию. Разрушив белковый компонент вирусной частицы табачной мозаики крепкой карболовой кислотой (фенолом), они выделили РНК и очистили ее. Полученная РНК не содержала даже следов белка. Тем не менее введение ее в листья здоровых растений вызвало развитие типичной мозаичной болезни.

Сам по себе факт выделения заразного компонента вируса (его нуклеиновой кислоты) с помощью карболки, широко используемой в практической дезинфекции для разрушения самых устойчивых микроорганизмов, казался чем-то невероятным. Более того, нуклеиновую кислоту, полученную после сжигания фенолом белковых молекул вириона, осаждали и длительно хранили в чистом спирте, который также является сильнейшим дезинфицирующим средством. Несмотря на эти вреднейшие воздействия, совершенно несовместимые с существовавшими в медицине понятиями о жизни, вирусная нуклеиновая кислота отлично сохраняла свою заразительность для клеток восприимчивых растений табака.

В последние годы из многих мелких вирусов животных и человека (полиомиелит, клещевой энцефалит, вирусы, вызывающие злокачественные перерождения тканей) также удалось выделить рибонуклеиновые кислоты, обладавшие заразными свойствами. Такие вирусные РНК стали называть инфекционными, поскольку они вызывали развитие болезни в организме восприимчивых животных или же в чувствительных культурах ткани, без участия вирусных частиц или их белка. Причем после каждого такого искусственного заражения с помощью инфекционной РНК в клетках исследуемого объекта появлялись вполне полноценные вирусные частицы.

Первоначально открытие инфекционных нуклеиновых кислот было встречено с недоверием. Многие, даже очень солидные, ученые-биологи думали, что инфекционный процесс вызывают не сами нуклеиновые кислоты, а сохранившиеся в растворе частицы живого вируса или примеси белка. Однако такие сомнения были быстро опровергнуты. X. Френкель-Конрад использовал самые чувствительные методы химического анализа, способные обнаружить даже отдельные белковые молекулы. Все пробы на белок были отрицательными: препараты содержали только нуклеиновую кислоту.

Теперь следовало доказать, что именно она несет в себе заразительность для здоровых растений. Для этого А. Гирер и Г. Шрамм провели специальные контрольные исследования, которые показали, что добавление фермента рибонуклеазы к препарату вирусной РНК полностью разрушало его инфекционные свойства. Это подтвердило, что вся заразительность заключена в обследуемой РНК, так как рибонуклеаза совершенно безвредна для вирусной частицы.

Исследователи установили также, что активность вирусных нуклеиновых кислот не изменялась и после добавления иммунной сыворотки. Если бы после обработки фенолом в препарате вирусной РНК сохранились даже отдельные неубитые вирусные частицы, иммунная сыворотка подавила бы их биологическую активность. Однако иммунная сыворотка не уменьшала заразительность препаратов вирусных РНК, поскольку лишенные белковой оболочки молекулы, как и предполагали ученые, оказались совершенно нечувствительными к действию антител.