Virologist

Вирусология — раздел микробиологии, изучающий вирусы (от латинского слова virus — яд).

Впервые существование вируса (как нового типа возбудителя болезней) доказал в 1892 году русский учёный Д. И. Ивановский. После многолетних исследований заболеваний табачных растений, в работе, датированной 1892 годом, Д. И. Ивановский приходит к выводу, что мозаичная болезнь табака вызывается «бактериями, проходящими через фильтр Шамберлана, которые, однако, не способны расти на искусственных субстратах». На основании этих данных были определены критерии, по которым возбудителей заболеваний относили к этой новой группе: фильтруемость через «бактериальные» фильтры, неспособность расти на искусственных средах, воспроизведения картины заболевания фильтратом, освобождённым от бактерий и грибов. Возбудитель мозаичной болезни называется Д. И. Ивановским по-разному, термин вирус ещё не был введён, иносказательно их называли то «фильтрующимися бактериями», то просто «микроорганизмами».

Пять лет спустя, при изучении заболеваний крупного рогатого скота, а именно — ящура, был выделен аналогичный фильтрующийся микроорганизм. А в 1898 году, при воспроизведении опытов Д. Ивановского голландским ботаником М. Бейеринком, он назвал такие микроорганизмы «фильтрующимися вирусами». В сокращённом виде, это название и стало обозначать данную группу микроорганизмов.

В 1901 г. было обнаружено первое вирусное заболевание человека — жёлтая лихорадка. Это открытие было сделано американским военным хирургом У. Ридом и его коллегами.

В 1911 г. Фрэнсис Раус доказал вирусную природу рака — саркомы Рауса (лишь в 1966 г., спустя 55 лет, ему была вручена за это открытие Нобелевская премия по физиологии и медицине).

Этапы развития

Быстрый прогресс в области вирусологических знаний, основанный в значительной мере на достижениях смеж­ных естественных наук, обусловил возможность углублен­ного познания природы вирусов. Как ни в одной другой науке, в вирусологии прослеживается быстрая и чёткая смена уровней познания — от уровня организма до суб­молекулярного.

Приведенные периоды развития вирусологии отражают те уровни, которые являлись доминирующими в течение одного — двух десятилетий.

Уровень организма (30—40-е годы XX века). Основ­ной экспериментальной моделью являются лабораторные животные (белые мыши, крысы, кролики, хомяки и т. д.), основным модельным вирусом — вирус гриппа.

В 40-е годы в вирусологию в качестве эксперименталь­ной модели прочно входят куриные эмбрионы в связи с их высокой чувствительностью к вирусам гриппа, оспы и некоторым другим. Использование этой модели стало возможным благодаря исследованиям австралийского ви­русолога и иммунолога Ф. М. Бёрнета, автора пособия по вирусологии «Вирус как организм».

Открытие в 1941 г. американским вирусологом Херстом феномена гемагглютинации немало способствовало изучению взаимодействия вируса с клеткой на модели вируса гриппа и эритроцитов.

Уровень клетки (50-е годы). В 1949 г. происходит значительное событие в истории вирусологии — открытие возможности культивировать клетки в искусственных условиях. В 1952 г. Дж. Эндерс, Т. Уэллер, Ф. Роббинс получили Нобелевскую премию за разработку метода культуры клеток. Использование культуры клеток в вирусоло­гии явилось подлинно революционным событием, послужившим основой для выделения многочисленных новых вирусов, их идентификации, клонирования, изучения их взаимодействия с клеткой. Появилась возможность полу­чения культуральных вакцин. Эта возможность была до­казана на примере вакцины против полиомиелита. В содружестве с американскими вирусологами Дж. Солком и А. Сейбином, советскими вирусологами М. П. Чумаковым, А. А. Смородинцевым и др. была разработана технология производства, апробирована и внедрена в практику убитая и живая вакцины против полиомиелита. Была проведена массовая иммунизация детского населения в СССР (около 15 млн.) живой полиомиелитной вакциной, в результате резко снизилась заболеваемость полиомиелитом и практически исчезли паралитические формы заболе­вания. За разработку и внедрение в практику живой полиомиелитной вакцины М. П. Чумакову и А. А. Смородинцеву была присуждена Ленинская премия. Другим важным приложением техники выращивания виру­сов явилось получение Дж. Эндерсом и А. А. Смородинцевым живой коревой вакцины, широкое применение кото­рой обусловило значительное снижение заболеваемости корью и является основой для искоренения этой инфек­ции.

Широко внедрялись в практику и другие культуральные вакцины — энцефалитная, ящурная, антирабическая и т. д.

Молекулярный уровень (60-е годы). В вирусологии широко стали использовать методы молекулярной биоло­гии, а вирусы благодаря простой организации их генома стали распространённой моделью для молекулярной био­логии. Ни одно открытие молекулярной биологии не об­ходится без вирусной модели, включая генетический код, весь механизм внутриклеточной экспрессии генома, реп­ликацию ДНК, процессинг (созревание) информационных РНК и т. д. В свою очередь использование молекуляр­ных методов в вирусологии позволило установить прин­ципы строения (архитектуры) вирусных индивидуумов — вирионов (термин, введённый французским микробиоло­гом А. Львовом), способы проникновения вирусов в клетку и их репродукции.

Субмолекулярный уровень (70-е годы). Стремительное развитие молекулярной биологии открывает возможности изучения первичной структуры нуклеиновых кислот и бел­ков. Появляются методы секвенирования ДНК, определе­ния аминокислотных последовательностей белка. Полу­чают первые генетические карты геномов ДНК-содержащих вирусов.

Д. Балтимором и одновременно Г. Теминым и С. Мизутани была открыта обратная транскриптаза в составе РНК-содержащих онкогенных вирусов, фермент, переписывающий РНК на ДНК. Становится реальным синтез гена с помощью этого фермента на матрице, вы­деленной из полисом иРНК. Появляется возможность переписать РНК в ДНК и провести её секвенирование.

Возникает новый раздел молекулярной био­логии — генная инженерия. В 1972 г. публикуется со­общение П. Берга в США о создании рекомбинантной молекулы ДНК, которое положило начало эре генной инженерии. Появляется возможность получения большого количества нуклеиновых кислот и белков путём введения рекомбинантных ДНК в состав генома прокариот и прос­тых эукариот. Одним из основных практических прило­жений нового метода является получение дешёвых препа­ратов белков, имеющих значение в медицине (инсулин, интерферон) и сельском хозяйстве (дешёвые белковые корма для скота). Этот период характеризуется важными открытиями в области медицинской вирусологии. В фокусе изучения — три наиболее массовых болезни, наносящих огромный ущерб здоровью людей, — грипп, рак, гепатит.

Установлены причины регулярно повторяющихся пан­демий гриппа. Детально изучены вирусы рака животных (птиц, грызунов), установлена структура их генома и идентифицирован ген, ответственный за злокачественную трансформацию клеток — онкоген. Установлено, что при­чиной гепатитов А и В являются разные вирусы: гепатит А вызывает РНК-содержащий вирус, отнесённый к семейству пикорнавирусов, а гепатит В — ДНК-содержащий вирус, отнесенный к семейству гепаднавирусов. Б. Бламберг, исследуя антигены крови у аборигенов Австралии, обнаружил так называемый австралийский ан­тиген, который он принял за один из антигенов крови. Позже было выявлено, что этот антиген является анти­геном гепатита В, носительство которого распространено во всех странах мира. За открытие австралийского анти­гена Б. Бламбергу в 1976 г. была присуждена Нобелевская премия. Б. Бламберг разделил Нобелевскую премию с другим аме­риканским учёным К. Гайдушеком, который установил вирусную этиологию, одной из медленных инфекций че­ловека — куру, наблюдающейся в одном из туземных пле­мён на острове Новая Гвинея и связанной с ритуальным обрядом — поеданием зараженного мозга умерших род­ственников. Благодаря усилиям К. Гайдушека, поселивше­гося на острове Новая Гвинея, эта традиция была иско­ренена и число больных резко сократилось.

Природа вирусов

Вирусы обладают уникальными свойствами, которые позволяют выделить их из общей массы микроорганизмов:

1. Наличие только одного из двух видов нуклеиновых кислот.
2. Отсутствие собственной белок-синтезируемых систем.
3. Они представляют собой генетических паразитов.
4. Вирусы не растут, а только репродуцируются (размножаются).

Разделы вирусологии

• Общая вирусология

Общая вирусология изучает основные принципы строения, размножения вирусов, их взаимодействие с клеткой-хозяином, происхождение и распространение вирусов в природе. Один из важнейших разделов общей вирусологии — молекулярная вирусология, изучающая структуру и функции вирусных нуклеиновых кислот, механизмы экспрессии вирусных генов, природу устойчивости организмов к вирусным заболеваниям, молекулярную эволюцию вирусов.

• Частная вирусология

Частная вирусология исследует особенности определенных групп вирусов человека, животных и растений и разрабатывает меры борьбы с вызываемыми этими вирусами болезнями.

• Молекулярная вирусология

В 1962 г. вирусологи многих стран собрались на симпозиуме в США, чтобы подвести первые итоги развития молекулярной вирусологии. На этом симпозиуме звучали не совсем привычные для вирусологов термины: архитектура вирионов, нуклеокапсиды, капсомеры. Начался новый период в развитии вирусологии — период молекулярной вирусологии.

Молекулярная вирусология, или молекулярная биология вирусов, — составная часть общей молекулярной биологии и в то же время — раздел вирусологии. Это и неудивительно. Вирусы — наиболее простые формы жизни, и поэтому вполне естественно, что они стали и объектами изучения, и орудиями молекулярной биологии. На их примере можно изучать фундаментальные основы жизни и ее проявления.

С конца 50-х годов, когда начала формироваться синтетическая область знаний, лежащая на границе неживого и живого и занимающаяся изучением живого, методы молекулярной биологии хлынули обильным потоком в вирусологию. Эти методы, основанные на биофизике и биохимии живого, позволили в короткие сроки изучить строение, химический состав и репродукцию вирусов.

Поскольку вирусы относятся к сверхмалым объектам для их изучения нужны сверхчувствительные методы С помощью электронного микроскопа удалось увидеть отдельные вирусные частицы, но определить их химический состав можно только, собрав воедино триллионы таких частиц. Для этого были разработаны методы ультрацентрифугирования. Современные ультрацентрифуги — это сложноустроенные приборы, главной частью которых являются роторы, вращающиеся со скоростью в десятки тысяч оборотов в секунду.

Здесь нет надобности рассказывать о других методах молекулярной вирусологии, тем более что они меняются и совершенствуются из года в год быстрыми темпами Если в 60-х годах основное внимание вирусологов было фиксировано на характеристике вирусных нуклеиновых кислот и белков, то к началу 80-х годов была расшифрована полная структура многих вирусных генов и геномов и установлена не только аминокислотная последовательность, но и третичная пространственная структура таких сложных белков, как гликопротеид гемагглютинина вируса гриппа. В настоящее время можно не только связать изменения антигенных детерминант вируса гриппа с заменой в них аминокислот, но и рассчитывать прошедшие, настоящие и будущие изменения этих антигенов.

С 1974 г. начала бурно развиваться новая отрасль биотехнологии и новый раздел молекулярной биологии — генная, или генетическая, инженерия. Она немедленно была поставлена на службу вирусологии.

Семейства, включающие вирусы человека и животных

• Семейство: Poxviridae (поксвирусы)
• Семейство: Iridoviridae (иридовирусы)
• Семейство: Herpesviridae (вирусы герпеса)
• Семейство: Aflenoviridae (аденовирусы)
• Семейство: Papovaviridae (паповавирусы)
• Предполагаемое семейство: Hepadnaviridae (вирусы, подобные вирусу гепатита В)
• Семейство: Parvoviridae (парвовирусы)
• Семейство: Reoviridae (реовирусы)
• Предполагаемое семейство: [Birnaviridae] (вирусы с двухцепочечной РНК, состоящей из двух сегментов)
• Семейство: Togaviridae (тогавирусы)
• Семейство: Coronaviridae (коронавирусы)
• Семейство: Paramyxoviridae (парамиксовирусы)
• Семейство: Rhabdoviridae (рабдовирусы)
• Предполагаемое семейства: (Filoviridae) (вирусы Марбург и Эбола)
• Семейство: Orthomyxoviridae (вирусы гриппа)
• Семейство: Bunyaviridae (буиьявирусы)
• Семейство: Arenaviridae (аренавирусы)
• Семейство: Retroviridae (ретровирусы)
• Семейство: Picornaviridae (пикорнавирусы)
• Семейство: Caliciviridae (калицивирусы)

Литература

• Белоусова Р.В., Преображенская Э.А., Третьякова И.В. Ветеринарная вирусология. — КолосС, 2007. — 448 с. — ISBN 978-5-9532-0416-3
• Букринская А.Г. Вирусология. — М.: Медицина, 1986. — 336 с.
• Вирусология: В 3-х т. Т. 1: Пер. с англ. / Под ред. Б. Филдса, Д. Найпа, при участии Р. Ченока, Б. Ройзмана, Дж. Мелника, Р. Шоупа. — М.: Мир, 1989. — 492 с. — ISBN 5-03-000283-9
• Вирусология: В 3-х т. Т. 2: Пер. с англ. / Под ред. Б. Филдса, Д. Найпа, при участии Р. Ченока, Б. Ройзмана, Дж. Мелника, Р. Шоупа. — М.: Мир, 1989. — 496 с. — ISBN 5-03-000284-7
• Вирусология: В 3-х т. Т. 3: Пер. с англ. / Под ред. Б. Филдса, Д. Найпа, при участии Р. Ченока, Б. Ройзмана, Дж. Мелника, Р. Шоупа. — М.: Мир, 1989. — 452 с. — ISBN 5-03-000285-5

См. также

• Список родов вирусов
• Генетика вирусов