Я познаю мир. Вирусы и болезни

Автор выражает благодарность сотрудникам издательства "Астрель", подвигнувшим его написать эту своевременную книгу.

Основные свойства вирусов

Что такое вирусы?

"Вирусы (от латинского – virus, то есть "яд") – неклеточные формы жизни. Состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белковой оболочки (капсида). Открыты в 1892 году Д.И. Ивановским. Вирусы – внутриклеточные паразиты, они размножаются только в живых клетках, используя их ферменты для синтеза зрелых вирусных частиц – вирионов. У разных вирусов вирионы сильно различаются по форме и размерам (20–400 нанометров). Распространены повсеместно, вызывают болезни растений, животных и человека. Широко используются в генетической инженерии. Вирусы бактерий (бактериофаги) – классический объект молекулярной генетики".

Так определяет вирусы "Новый иллюстрированный энциклопедический словарь" (М.: Научное издательство "Большая Российская Энциклопедия", 2000 г.)

Это краткое определение вирусов мы попробуем объяснить более подробно.

Хотя вирусные болезни известны с незапамятных времен, о природе их невидимых возбудителей долгое время можно было только догадываться. В сущности, мало что изменилось и после открытия на рубеже XIX–XX веков первых вирусов – табачной мозаики, ящура и желтой лихорадки. Стало понятно, что вирусы очень мелкие, значительно меньше бактерий, но их устройство по–прежнему оставалось тайной, покрытой мраком. Так продолжалось вплоть до 30–х годов XX века, когда с помощью электронного микроскопа ученые, наконец, смогли увидеть, как выглядят вирусы.

Оказалось, что вирусы – это частицы. Действительно очень маленькие, так что разглядеть их можно только при увеличении в десятки и сотни тысяч раз, – но любой, даже самый мелкий вирус имеет характерную форму, структуру и размер. (Размеры вирусов сейчас принято указывать в нанометрах. Напомним, что 1 нанометр ровно в миллион раз меньше миллиметра).

Так выглядит поверхность одного из сферических вирусов. Белок оболочки собран в правильные структуры, наподобие цветка кувшинки, образуя сложный рельеф поверхности вирусной частицы

Очень многие вирусы, выделенные из животных, бактерий и растений, имеют сферическую форму. Встречаются очень мелкие вирусы с диаметром сферы 20–30 нанометров, как, например, вирус полиомиелита или вирус огуречной мозаики. А вот сферические частицы вирусов герпеса примерно в десять раз крупней. Сферические вирусы гриппа очень пластичны и могут изменять свою форму вплоть до нитевидной.

Сферическая вирусная частица ни в коей мере не похожа на биллиардный шар. Ее поверхность всегда рельефная, потому что содержит выступы различной формы и размеров. Выступы могут выглядеть как едва заметные бугорки или выдаваться очень сильно. Кроме того, если приглядеться, поверхность многих вирусных частиц на самом деле не сферическая, а многогранная. В мире вирусов самый распространенный многогранник – это икосаэдр, то есть геометрическое тело с 20 гранями, являющимися равносторонними треугольниками. Он имеет 12 вершин, где сходятся углы пяти треугольников, и 30 ребер, где смыкаются стороны двух соседних треугольников.

Поверхность многих вирусов представляет собой многогранник, обычно это икосаэдр

Частицы очень многих вирусов растений и некоторых бактериофагов выглядят как тонкие нити различной длины, характерной для каждого вида вируса. Скажем, нитевидные вирусы X ("икс") картофеля имеют длину 500 нанометров и толщину 12 нанометров, а нити вируса желтухи свеклы втрое длинней. Длина нитевидных частиц вируса – возбудителя геморрагической лихорадки Эбола достигает 14.000 нанометров, а диаметр их поперечного сечения составляет 80 нанометров. Обычно эта нить – или скорее уж канат – бывает свернута кольцами. Поверхность нитей тоже никогда не бывает совершенно гладкой; напротив, часто хорошо заметна ее поперечная исчерченность.

Некоторые вирусы растений похожи на жесткую палочку. Самой знаменитой палочкой является, конечно, вирус табачной мозаики. Длина, его частицы составляет 300, а толщина 18 нанометров. Собственно, это не палочка, а толстостенный цилиндр, потому что в центре вирусной частицы, вдоль ее длинной оси, проходит узкий сквозной канал.

Частицы вируса мозаики люцерны имеют, как говорят, бацилловидную форму, то есть выглядят как короткие круглые палочки с закругленными краями. А вот вирус бешенства или вирус морщинистости земляники по форме похожи на пистолетную пулю. Вирус натуральной оспы напоминает кирпич со сглаженными краями.

Частицы большинства бактериофагов состоят как бы из двух частей – головки сферической или вытянутой формы и хвостового отростка, который по внешнему виду напоминает нитевидную вирусную частицу, но может быть таким коротким, что сразу и не заметишь.

Бесспорно, форма вирусной частицы является важной характеристикой вируса, но не она определяет его основные биологические свойства. Для того чтобы постигнуть сущность вируса, необходимо разобраться, как устроена вирусная частица и заглянуть в ее нутро.

Как устроена вирусная частица

Как устроена та или иная конструкция, не всегда понятно с первого взгляда. В этом случае ее можно попытаться разобрать и собрать заново, если получится.

Вирусные частицы тоже можно разобрать на составные части и собрать вновь. Впервые такую операцию проделали с вирусом табачной мозаики. С тех пор прошло немало лет, и о структуре вирусов стало известно довольно много.

Внутри вирусной частицы находится нуклеиновая кислота, представляющая собой генетический материал вируса. В нем закодирована наследственная информация о всех свойствах вирусной частицы. Генетический материал – вещь необыкновенно ценная, которую надо беречь, как зеницу ока. Поэтому нуклеиновая кислота всегда упакована в оболочку. Оболочка собрана из нескольких десятков, или сотен, или тысяч – в зависимости от формы и размеров вируса – отдельных белковых молекул, которые называются белком оболочки вируса. Белковые молекулы уложены вплотную одна к другой, надежно защищая нуклеиновую кислоту. У нитевидных и палочковидных вирусных частиц белковые молекулы уложены в спираль, а у сферических вирусов образуют грани икосаэдра. Чаще всего белок оболочки представлен молекулами одного типа, но нередко бывает, что для заделки швов между гранями в оболочку сферических вирусов вставляются белки другой формы.

Наиболее просто устроенные вирусы этим и ограничиваются, но многие укутаны сверху еще в одну оболочку, состоящую из двойного слоя липидов. Слово "липиды" по–русски означает "жиры". Из липидов построена наружная мембрана любой клетки. Когда вирус покидает клетку, он выкраивает себе кусок клеточной мембраны и уходит, завернувшись в нее. Из липидной мембраны выступают наружу различные белки, необходимые вирусу для взаимодействия с клеткой. Часто их называют шипиками или пепломерами.

Главное содержание вирусной частицы – это его нуклеиновая кислота. Оболочка выполняет роль одежды. Она не обязательна для заражения (заразить клетку способна и голая нуклеиновая кислота), но в ней удобней и безопасней. И так же как наша одежда обычно многослойна, вирусная оболочка тоже может состоять из нескольких слоев, у каждого вида вируса по–своему.