Помоги проекту - поделись книгой:
Лазарь Яковлевич Зильберберг
Вирусы и вирусные болезни
НАУЧНО-ПОПУЛЯРНАЯ МЕДИЦИНСКАЯ ЛИТЕРАТУРА
ЛЕНИНГРАД "МЕДИЦИНА" 1978 ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
616 м
З-61
Зильберберг Л. Я. — Вирусы и вирусные болезни. Л., "Медицина", 1978 г. 88 с. с илл. (Научно-популярная медицинская литература)
От автора
В последние годы мы все чаще и чаще слышим, да и сами произносим это слово — "вирус"... А между тем, еще несколько десятилетий назад оно совершенно отсутствовало в нашей разговорной речи и, если встречалось, — тоже, кстати, довольно редко — в литературе, то только в сугубо специальной. Что же произошло? Почему это слово получило в наши дни такое широкое распространение? И всегда ли мы, говоря о вирусах, имеем ясное представление о том, что они из себя представляют?
Слово "вирус" известно было еще в древнем мире. Оно обозначало сок, слизь, семя животных, яд, а в переносном смысле — ядовитость, язвительность. Между прочим, существует предположение, что это слово, как и его корень "вир" — муж, мужчина, солдат, восходит к слову "вис" — сила, мощность, сущность, значение. В родстве с ним находится и слово "виртуоз" от латинского "виртус" — мужество, доблесть, смелость, отвага... Любопытно: вирус и виртуоз.
Древние греки словом "вирус" называли змеиный яд. Во II веке нашей эры вирусом стали называть слюну бешеной собаки. Это было уже ближе к правильному пониманию природы вирусов. Наши отдаленные предки как бы интуитивно чувствовали, что есть какие-то неизвестные, таинственные и враждебные человеку существа. Недаром в научных трудах XVIII и начала XIX веков словом "вирус" обозначили вещества и предметы, соприкосновение с которыми сулит человеку заболевание, а то и смерть.
Лишь в конце XIX столетия понятие "вирус" конкретизировалось и стало употребляться только для обозначения болезнетворных организмов. Во времена Луи Пастера этим термином стали называть ядовитые болезнетворные микробы.
...Мир вирусов огромен, необъятен, и роль этих загадочных сверхмельчайших существ в жизни человека, животных, растений очень велика. О той опасности, которую они представляют для человека, позволяют судить такие цифры: к настоящему времени науке известно более 500 болезнетворных вирусов, и ученые продолжают обнаруживать все новые и новые их разновидности... Более 75% инфекционных болезней вызываются вирусами. Уже существующие весьма обширные познания о мире вирусов чуть ли не ежедневно пополняются все новыми и новыми данными. Технический прогресс вооружает ученых все более совершенными средствами и методами научного исследования и в частности, в области вирусологии.
Изучая уже известные вирусы, открывая новые, ученые ведут повседневную кропотливую, напряженную работу, изыскивая наиболее действенные средства борьбы с "маленькими убийцами", как нередко называют вирусов. Это трудная борьба... Для того чтобы одержать в ней победу, необходимы совместные усилия специалистов разных областей науки — биологов, медиков, биохимиков, биофизиков, генетиков... Только такое содружество позволит досконально изучить природу, характер, повадки вирусов — врагов жестоких, коварных, агрессивных, поможет найти способы их обезвредить
Кто же такие вирусы? Какой вред приносят они людям? Как можно предохранить человечество от пагубного действия вирусов? Вот те вопросы, на которые коротко и популярно отвечает предлагаемая вниманию читателя брошюра.
Глава I. О вирусах
Вирусология — одна из наиболее таинственных областей современной биологической науки. Долгие годы ученые вели споры: к какому миру следует относить вирусы — живому или неживому? Допускалась и третья возможность — вирусы лежат где-то посередине между органическим и неорганическим мирами... И только в последнее время исследователи пришли к мнению о том, что вирусы — живые существа.
Причиной этого, длившегося годами, спора является одна особенность вирусов — их можно видеть только тогда, когда они неактивны. Когда же они действуют, они становятся невидимыми, и об их разрушительных действиях можно судить только по тому ущербу, который вирусы наносят всему живому. Более того — именно в тот момент, когда вирус становится наиболее активным и поведение его представляет для нас особый интерес, т. е. в момент его проникновения в живую клетку, вирус полностью исчезает из поля зрения исследователя. Понятны затруднения, которые испытывали ученые, решая вопрос: к какому миру следует отнести эти загадочные существа?
У читателя может возникнуть законное недоумение: если природа вирусов столь необычна, то как же удалось их обнаружить?
Честь открытия вирусов принадлежит нашему соотечественнику русскому ученому Дмитрию Иосифовичу Ивановскому. С его работами связано и возникновение новой отрасли биологии — вирусологии.
Д. И. Ивановский родился 28 октября 1864 года. Окончив в 1883 году гимназию, он поступил на естественно-историческое отделение физико-математического факультета Петербургского университета, где в тот период преподавали такие корифеи мировой науки, как И. М. Сеченов, Д. И. Менделеев, В. В. Докучаев, А. Н. Бекетов.
Время обучения Д. И. Ивановского в Петербургском университете характеризуется бурным расцветом естественных наук в России. Особенное развитие в тот период получила сравнительно новая дисциплина — микробиология.
"Теперь я засел за литературные студии микробного мира, — писал в 1883 году выдающийся русский врач С. П. Боткин, — микробы начинают одолевать старого человека в буквальном смысле этого слова: на старости лет приходится ставить свои мозги на новые рельсы"[1]
Об огромных перспективах, открываемых микробиологией перед наукой, писал в тот период и гениальный физиолог И. П. Павлов: "Лишь с открытием болезнетворных организмов развернулась перед экспериментаторами вся область патологической физиологии"[2].
Естественные науки пользовались популярностью не только среди ученых. "Все русское образованное общество, — пишет Н. А. Максимов, — было захвачено горячим увлечением естественными науками, от которых ожидали способствования не только формированию правильного мировоззрения, но даже и обновления всего политического и общественного строя"[3].
"Горячим увлечением естественными науками" были захвачены и непосредственные учителя Ивановского по Петербургскому университету ботаники А. Н. Бекетов и А. С. Фаминцин, основоположники новой для того времени науки — физиологии растений. Они сумели воспитать у способного юноши стремление и любовь к научному поиску. Еще студентом Ивановский обнаружил качества будущего ученого.
...Таинственное заболевание — мозаика табака — многие годы опустошало табачные плантации юга России. Желая помочь табаководам, Петербургское общество естествоиспытателей направило на юг для изучения этого заболевания наиболее способных студентов-ботаников — Д. И. Ивановского и его товарища В. В. Половцева. Так, за год до окончания университета Д. И. Ивановский приступил к исследованиям, которым он посвятил впоследствии 15 лет и результаты которых принесли ему мировую известность.
Выезжая на протяжении нескольких лет подряд в южные районы России — Крым, Украину, Бессарабию, Ивановский внимательно изучал природу табачной мозаики. Ему было ясно, что болезнь эта заразна: если сок больного растения вводился в жилку листа здорового табака, то через несколько дней на поверхности листьев зараженного растения появлялись признаки заболевания — бледно-желтые пятна (некрозы).
Мы уже говорили о том, что время, когда Ивановский производил свои исследования табачной мозаики, было временем всеобщего увлечения микробиологией. Неудивительно, что молодой ученый прежде всего занялся поисками микроба — возбудителя табачной мозаики. Многие месяцы провел Дмитрий Иосифович за микроскопом, пытаясь рассмотреть в пораженных участках листьев и в соке больных растений болезнетворный микроб. Результаты оказывались самыми неутешительными: найти возбудителя табачной мозаики не удавалось. Тогда ученый пошел по другому пути: если нельзя обнаружить возбудителя на листьях и в соке, может быть, удастся вырастить его культуру на искусственных питательных средах? И снова поиски, снова эксперименты... Сок больного табака высевается в самых различных питательных средах. Безрезультатно!
"Все эти опыты, потребовавшие массу времени и труда, дали отрицательный результат; микроорганизм, очевидно, не способен расти на искусственных субстратах", — делает вывод Д. И. Ивановский.
Но, может быть, табачную мозаику вызывают не сами микробы, а выделяемые ими яды — токсины? Ученому были знакомы труды выдающегося французского бактериолога Эмиля Ру, который впервые на примере дифтерийных бактерий доказал болезнетворное действие токсинов. Дмитрий Иосифович процеживает сок больного растения через специальный фарфоровый фильтр, так называемую "свечу Шамберлена", способный задерживать самые мельчайшие микробы, пропуская при этом их токсины. Процеженный через фильтр и полностью освобожденный от бактерий сок больного табака Д. И. Ивановский втирает в листья здорового растения. Заболевание наступает точно в положенный срок!
Казалось бы, все ясно: табачная мозаика вызывается токсином какого-то неизвестного микроба. Однако дальнейшие опыты снова ставят ученого в тупик. Он знал, что самый концентрированный токсин после нескольких разведений теряет или значительно снижает свои болезнетворные свойства. Здесь же этого не было. Сколько Ивановский ни разбавлял сок больного табака, даже в самой слабой концентрации он вызывал заражение... Стало быть, дело не в токсине. По-видимому, существуют какие-то сверхмельчайшие микроорганизмы, не видимые в обычный микроскоп, не размножающиеся на искусственных питательных средах, способные проходить через самые мелкие поры свечи Шамберлена и при всем этом сохраняющие болезнетворные свойства.
Свои выводы 28-летний ученый доложил на научном заседании Российской Академии наук 12 февраля 1892 г. Дата эта вошла в историю как день рождения вирусологии.
В том же 1892 г. в Петербурге, в бюллетене Академии наук, была опубликована работа Д. И. Ивановского "О мозаичной болезни табака". Тогда же в журнале "Сельское хозяйство и лесоводство" молодой ученый поместил статью "О двух болезнях табака", в которой были использованы материалы его кандидатской диссертации на тему "О двух болезнях табачных растений", защищенной Д. И. Ивановским вскоре после окончания университета.
Проблема табачной мозаики волновала ученого еще долгие годы. Только в 1902 г. он смог подвести итоги многолетних исследований в монографии "Мозаичная болезнь табака", ставшей его докторской диссертацией.
Как ни странно, но сам Д. И. Ивановский не придавал большого значения своему выдающемуся открытию. Он ограничился публикациями и сообщениями, о которых говорилось выше, и не стремился широко пропагандировать свои труды. Может быть, поэтому некоторые западные ученые приписывают открытие вирусов голландцу М. Бейеринку, в то время как сам он признавал приоритет в открытии вирусов за русским ученым. Вот что писал голландский исследователь в своей работе "Заметки к статье господина Ивановского о мозаичной болезни табачного растения": "Подтверждаю, что приоритет опыта с фильтрованием через свечки (речь идет о соке больного растения, — Л. З.), как я теперь убедился, принадлежит господину Ивановскому. При написании моей работы я не знал об опытах ни господина Ивановского, ни господина Половцева".
Что ж, признание, делающее честь голландскому ученому. Остается добавить, что М. Бейеринк проводил свои эксперименты также с соком зараженных табачных растений, но первую публикацию о результатах исследований он сделал в 1898 г., т. е. спустя 6 лет после: Д. И. Ивановского.
К. Г. Васильев в книге "Наследники Ивановского" приводит любопытные примеры попыток некоторых зарубежных ученых принизить значение открытия, сделанного русским ученым. Так, английский вирусолог, К. Смит в 1962 г., описывая историю открытия вирусов, ставит в один ряд работы Д. И. Ивановского с работами А. Майера и М. Бейеринка. Однако абсолютное большинство ученых разделяют сегодня точку зрения, высказанную американским ученым У. Стенли об Ивановском "...Полагаю, что его имя в науке о вирусах следует рассматривать почти в том же свете, как имена Пастера и Коха в бактериологии. Имеются значительные основания считать Ивановского отцом новой науки — вирусологии, представляющей в настоящее время поле деятельности большого и важного значения"[4].
Итак, приоритет русского ученого в открытии вирусов неоспорим и признан повсеместно. Однако Д. И. Ивановский сделал, если так можно выразиться, "косвенное" открытие. Он описал все свойства открытых им сверхмельчайших существ, высказал суждения об их размерах, субстанции, паразитических наклонностях, доказал способность вирусов вызывать заболевания. Более того, Д. И. Ивановский впервые увидел и описал скопления кристаллов вирусов табачной мозаики. Но самого вируса ни он, ни М. Бейеринк, ни другие ученые, их современники, увидеть не смогли. Понадобилось 40 лет для того, чтобы изготовить оптический прибор, который позволил бы преодолеть "барьер невидимости" вирусов. Этим прибором стал электронный микроскоп, изготовленный Кнолем и Руска в 1932 г. В 1938 г. электронный микроскоп был использован для изучения и демонстрации вирусных частиц — возбудителей табачной мозаики. Умозрительное открытие Д. И. Ивановского получило блестящее визуальное подтверждение!
Изобретение электронного микроскопа явилось крупнейшим событием в истории науки. Ученые получили возможность рассматривать и изучать предметы, величина которых не превышает 0,2-0,3 нм[5] (разрешающая способность оптического микроскопа порядка 200 нм). Это значит, что там, где обычный микроскоп обнаруживает одну деталь, электронный микроскоп позволяет выявить структуру этой детали, состоящую из миллиона отдельных частей! Поистине электронная микроскопия открыла перед наукой совершенно новый мир вещей и явлений!
Но особо велика роль электронного микроскопа в вирусологии. Благодаря этому "оптическому чуду" ученые получили возможность увидеть вирусы, описать их форму, определить размеры, отличить различные вирусы друг от друга. Более того, электронный микроскоп позволил запечатлеть их на фото и кинопленку!
Первоначально, после открытия Д. И. Ивановского, ученые назвали эти сверхмельчайшие болезнетворные агенты фильтрующимися вирусами, поскольку основным их признаком считалась способность проходить через фарфоровые фильтры, задерживающие мельчайшие бактерии. Когда же выяснилось, что некоторые бактерии также могут проходить через свечи Шамберлена, их стали называть просто вирусами.
Из многочисленных современных определений вируса наиболее удачным представляется то, которое дал уже упоминавшийся выше профессор Уэндел Стенли. Американский ученый охарактеризовал вирус как нечто имеющее ничтожно малые размеры, способное проникать в организм и вызывать заболевания почти у всех живых существ и размножающееся только в живых клетках.
Что же это за "нечто"? Каковы они, эти "ничтожно малые размеры"? Какова форма вирусов? Из чего они построены? Как проникают в организм? Какие при этом заболевания вызывают? Какие разрушения производят в живых клетках? Ответы на эти и многие другие вопросы ученые смогли получить благодаря современным средствам научного исследования и прежде всего электронному микроскопу.
Немного об этом замечательном оптическом приборе.
Исключительно высокая разрешающая сила электронного микроскопа объясняется тем, что в нем в качестве освещающего луча используется поток электронов, имеющих меньшую длину волны, нежели любое другое излучение, применяемое в самых современных системах световых микроскопов. "Источником света" служит здесь электронная пушка, "лучом света" — поток электронов, "линзами" — электромагнитные катушки. Видимое изображение воспринимает и формирует не сетчатка нашего глаза, как это имеет место в световом микроскопе, а специальный флюоресцирующий экран или фотографическая пластинка.
Для того чтобы увидеть вирусы в электронный микроскоп, в качестве объекта исследования необходимо брать ткани, разрушенные или поврежденные вирусами в результате вызванного ими заболевания. Иными словами, вирусы можно обнаружить только там, где они уже успели проявить себя в качестве болезнетворных агентов. Чтобы случайно не спутать вирусы с какими-либо посторонними частицами, изучаемый препарат очищают от всевозможных загрязнений — кристалликоз соли и других так называемых "невирусных частиц".
В силу ряда причин, на которых мы не будем останавливаться, на электронных фотографиях вирусы кажутся темно-серыми, лишенными контраста тенями на светло-сером фоне. Для того чтобы подлежащие электронномикроскопическому изучению биологические объекты сделать более контрастными, в них добавляют соли тяжелых металлов (скопления атомов и молекул этих металлов повышают контрастность изучаемых объектов и, в частности, вирусов). Это называется "методом позитивного контраста".
При другом способе — "методе негативного контраста" — контрастирующее вещество не добавляется в изучаемый биологический объект, а окружает последний; будучи более плотным, оно создает темный фон, на котором вирусы становятся ясно различимыми.
Уместно остановиться еще на одном методе электронномикроскопического исследования — "напылении" биологических препаратов металлами. Частицы металла испаряются при помощи накаленной вольфрамовой иглы в вакууме. Если препарат держать в наклонном положении в отношении направления распыляемых частиц, то эти частицы осядут па объект и покроют его очень тонкой пленкой. Металл менее "прозрачен" для электронов, и поэтому он отбрасывает тень, позволяющую получать на препарате объемное изображение. На микрофотографиях, снятых с применением метода напыления, вирусные частицы, выступающие над поверхностью пленки, видны довольно отчетливо. Для напыления используются обычно хром, золото, уран, сплавы платины — металлы, не имеющие зернистости, которая может затемнить структурные детали изучаемых объектов.
Сказанное далеко не исчерпывает богатейший арсенал средств, используемых при электронномикроскопическом изучении вирусов и позволяющих определять их размеры и форму, топографию, внутреннюю и внешнюю структуры, судить о результатах поведения вирусов в живой клетке. К сожалению, электронная микроскопия дает возможность изучать вирусы только в тот период, когда они находятся в неактивном состоянии. Для визуального наблюдения за поведением активных вирусов наука пока еще не располагает необходимыми техническими средствами.
Электронный микроскоп позволил установить, что размеры вирусов колеблются в довольно широких пределах. Поэтому их принято делить на три группы — крупные, средние и мелкие (величина вирусных частиц измеряется в нанометрах).
Крупные (к ним относятся вирусы оспы и осповакцины) имеют размеры в пределах 200-350 нм. Размеры вирусов гриппа, бешенства колеблются в пределах 70-120 нм, что позволяет отнести их к средней группе. И, наконец, мелкие вирусы (возбудители желтой лихорадки, полиомиелита, ящура, японского энцефалита), величина которых не превышает 22-28 нм.
Помимо размеров, вирусы различаются по форме. Среди них есть палочковидные, округлые, овальные, похожие на теннисную ракетку, напоминающие кристаллы многогранников. Встречаются вирусы — главным образом среди бактериофагов, — имеющие форму сперматозоидов.
Весьма любопытным свойством вирусов является их способность к кристаллизации. Формы, которые при этом принимают вирусные частицы, встречаются одинаково часто и в органической природе, и в неорганическом мире. Неудивительно, что ученые долгое время относили вирусы к неживой материи: трудно было предположить, что живые существа способны образовывать кристаллы, по внешнему виду ничем не отличающиеся от кристаллов минералов.
Вирусные кристаллы сравнительно велики — их можно хорошо рассмотреть в обычный световой микроскоп. Это легко объяснить — в одном кристалле содержится несколько биллионов (1012) вирусных частиц, плотно прилегающих друг к другу и образующих правильную геометрическую фигуру. Такое расположение мельчайших, совершенно одинаковых частиц характерно для всех вирусных кристаллов.
Если вирусный кристалл распилить пополам, обработать препарат одним из способов, о которых мы рассказали выше, поместить срез в электронный микроскоп и сфотографировать, то на снимке можно довольно четко увидеть вирусные частицы, расположенные в строгом порядке.
"Вирусный кристалл — это драгоценный камень... Он представляет собой большую редкость, очень дорог и часто очень красив... Такие кристаллы могут существовать десятки лет, проявляя не больше признаков жизни, чем бриллиант. В сухом состоянии они могут оставаться неограниченно долгое время. Эти факты, казалось бы, служат веским основанием для того, чтобы причислить вирус к молекулам. Однако есть у вируса одно свойство, которое не позволяет нам сделать это: "вирус" означает яд, и вирусный кристалл — ядовитый драгоценный камень, способный в любую минуту вернуться к жизни, превратиться в убийцу и произвести на свет еще миллиард кристаллов, столь же безжизненных-во всяком случае, по всем своим внешним признакам, как и исходный"[6].
В этом определении очень четко и образно сформулирована природа вирусов — живой материи, наделенной, однако, рядом особенностей. Эти особенности не позволяют применять к вирусам критерии, которые мы применяем к высшим организмам, включая бактерии.
Крупный чехословацкий микробиолог академик Диониз Блашкович считает, что у вирусов граница жизни перемещена на более низкий, молекулярный уровень. Нуклеиновая кислота вирусов является основной единицей, которая вместе с белком представляет наиболее простую форму жизни, обладающую противоречиями живой и неживой материи.
Советский ученый Ш. Д. Мошковский считает, что вирусы составляют обособленную группу форм материи. С одной стороны, они наделены важнейшими признаками, общими для всего живого: единством со средой, наследственностью, изменчивостью, приспособляемостью; с другой — они лишены основного признака живого: у них отсутствуют системы, обеспечивающие накопление и освобождение энергии, благодаря чему они не способны самостоятельно синтезировать собственные структуры, иными словами, воспроизводить себе подобных. Эти процессы вирусы осуществляют только за счет поражаемых ими клеток.
Установлено, что определенные вирусы способны заражать только определенные виды клеток. Поэтому вирусные частицы принято разделять на три основные группы: вирусы, поражающие растения (растительные вирусы); вирусы, поражающие бактерии и микробы других групп (бактериальные вирусы, или фаги); вирусы, поражающие животных и человека (животные вирусы). Каждая из этих групп объединяет огромное количество самых различных вирусов.
Наиболее просто устроены растительные вирусы. Они состоят из нити нуклеиновой кислоты, окруженной белковой оболочкой. Нуклеиновые кислоты являются носителями наследственных свойств вирусов, и в каждой вирусной частице содержится лишь одна нуклеиновая кислота-ДНК (дезоксирибонуклеиновая) или РНК (рибонуклеиновая). Вирусные белки построены из таких же аминокислот, что и клетки их хозяев.
Несколько сложнее устроены бактериальные вирусы, у которых нуклеиновая кислота заключена в отчетливо выраженные белковые "головки". Кроме того, многие бактериальные вирусы имеют специальные тонкие белковые "хвосты", с помощью которых они прикрепляются к своим жертвам.
И, наконец, наиболее сложным является строение животных вирусов. Так, например, весьма крупный вирус оспы, помимо нуклеиновой кислоты и белка, содержит липиды, углеводы, цистин, медь. При этом он настолько велик что его можно рассмотреть с помощью светового микроскопа.
Любопытно, что чем более высокое положение в вирусной "иерархии", занимает вирусная частица тем больше содержит она нуклеиновой кислоты и соответственно меньше белка. Так, в вызывающих заболевания человека вирусах гриппа, полиомиелита РНК составляет 24-25% и белок соответственно 76-75%. Совсем иное соотношение мы видим в растительных вирусах: РНК в вирусах картофеля и табачной мозаики содержится не более 5-6%, тогда как белок составляет 95-94% всей "массы" вирусной частицы.
Помимо жиров, углеводов, минеральных солей и некоторых других химических элементов, входящих в состав наиболее сложно устроенных вирусов, в вирусных частицах содержатся ферменты. Так, например, в составе вирусов гриппа обнаружен фермент нейраминидаза, у вируса менингопневмонии-цитохромредуктаза, у бактериальных вирусов — лизин и т. д. Задача этих ферментов — растворять оболочку клетки и помогать вирусу проникнуть в тело своей жертвы.
Обращает на себя внимание необычайно простое и в то же время предельно целесообразное устройство вирусов. В них нет ничего лишнего. Как мы убедимся в дальнейшем, каждый компонент вирусной частицы выполняет свои строго опеределенные функции: белковая оболочка оберегает нуклеиновую кислоту от внешних неблагоприятных воздействий, нуклеиновая кислота определяет наследственные и инфекционные свойства вирусов, ферменты обеспечивают прохождение вирусов внутрь клетки.
И все же, несмотря на это, казалось бы, сложное строение, вирусы остаются наиболее элементарной формой живой материи. С точки зрения структуры, самый крупный и сложно устроенный вирус весьма далек от самой мельчайшей бактерии.
Тысячи ученых во многих странах мира заняты постоянными, углубленными исследованиями поведения и повадок "маленьких убийц". Исследования не прекращаются ни на один день — ученые прекрасно знают, какую огромную пользу для человечества принесет победа науки над вирусами. И нужно отдать должное исследователям — в результате проделанной огромной работы современные представления о мире вирусов неизмеримо расширились.
Наряду с основным электронномикроскопическим методом изучения вирусных частиц, существуют и другие способы проникновения в этот таинственный мир. О некоторых из них здесь уместно рассказать.
...В начале нашего столетия английский врач Алексис Каррел решил доказать своим коллегам, что изолированная живая ткань, если ее снабжать кислородом и правильно питать, устраняя при этом продукты обмена веществ и дыхания, способна существовать в живом состоянии неограниченно долгое время. С этой целью он провел эксперимент с живой тканью, взятой из сердечной мышцы цыпленка. Успех превзошел все ожидания — тканевая культура, помещенная в определенные условия, сохранялась в течение 21 года!
Так опыт Алексиса Каррела помог открыть принципиально новый метод биологического исследования — метод культуры ткани, позволивший выращивать и изучать живые клетки вне организма.
В дальнейшем, по мере совершенствования этого метода, материал для экспериментов становился все более разнообразным. Помимо ткани сердца, для изучения жизненных процессов в клетках использовались изолированные ткани кожи, почек, других органов. Была разработана и усовершенствована методика эксперимента: ткань помещалась в специальную питательную среду и сохранялась при постоянной температуре 35-37°. Время от времени препарат промывался, в него добавлялась свежая питательная среда. В таких условиях клетки жили и размножались.
Поскольку было точно известно, что естественной средой обитания для вирусов являются именно живые клетки, метод культуры ткани не мог не привлечь внимания вирусологов. Перспектива изучения поведения вирусных частиц вне организма показалась ученым весьма заманчивой.
В 1913 г. было впервые установлено, что вирус осповакцины способен выживать в клетках культуры ткани, а в 1925 г. доказано, что этот вирус не только выживает в клетках культуры ткани, но и способен в них воспроизводить себе подобных.
Проведя исследования на самых различных тканях, вирусологи установили, что больше всего отвечает их научным интересам метод культивирования вирусов в развивающемся зародыше куриного яйца. Ценность этого метода заключалась в том, что он оказался пригоден для размножения большинства вирусов. Кроме того, он надежен и сравнительно прост: изъятый из яйца куриный зародыш разделяют на части, помещают эти части в смеситель и встряхивают до тех пор, пока клетки зародыша не отделятся друг от друга и не создадут равномерную взвесь — суспензию. Последняя помещается в чашку Петри, где клетки осаждаются, приклеиваются к стеклу и начинают размножаться. Предположим, что перед нами поставлена задача — выяснить, сколько вирусных частиц содержится в данном небольшом объеме жидкости, иными словами, определить концентрацию вирусов. Известно, что одна вирусная частица может поразить только одну клетку и, размножаясь в ней, убить ее. Поместим заданный объем жидкости с вирусами в чашку Петри, содержащую клетки куриного зародыша. Через несколько суток в месте расположения каждой колонии образуется кучка убитых вирусами клеток. Сосчитав эти зоны мертвых клеток, мы можем определить концентрацию вирусных частиц в препарате, "запущенном" в чашку Петри.
Таким образом, метод культуры ткани дал ученым возможность достаточно точно определять количество вирусных частиц в любой суспензии. Кроме того, этот метод помог изучать процесс размножения вирусов, наблюдая за поведением изолированной зараженной клетки с момента проникновения в нее вируса и вплоть до ее разрушения. И, наконец, стало возможным выращивать изолированные клетки человека и животных вне организма для тщательного, всестороннего изучения действия на эти клетки вирусных частиц.
Несмотря на свои, казалось бы, явные и бесспорные достоинства, метод тканевых культур в вирусологическую практику был внедрен не сразу. Высказывались мнения, что выращивание клеток в пробирках трудоемко, бесперспективно, и вряд ли удастся создать такие культуры ткани, которые смогли бы удовлетворить требования цитологов и вирусологов. Наиболее скептически настроенные ученые утверждали, что дальше куриного зародыша развитие тканевых культур в вирусологии не продвинется и единственным средством исследования остается по-прежнему электронный микроскоп.
Но вот в 1949 г. произошло событие, полностью опровергшее предсказания скептиков и совершившее переворот в вирусологии. Д. Эндерс, Ф. Робине и Т. Веллер, используя метод культуры ткани, открыли, что вирус полиомиелита способен размножаться во всех тканях человека и обезьян, а не только в нейронах мозга, как это считалось раньше. Американским ученым удалось рассмотреть под обычным световым микроскопом деструктивные изменения, которые производил в клетках вирус полиомиелита. Благодаря этому открытию стало возможным количественное изучение вируса полиомиелита значительно более простым методом. Прежде это требовало много времени и больших материальных затрат, поскольку вирусный материал приходилось вводить в мозг обезьян. Открытие американских ученых дало возможность разработать более простой и дешевый способ изготовления вакцины против полиомиелита. Кроме того, оно позволило обнаружить новые разновидности вирусов, вызывающих изменения в культурах, которые очень трудно определить при работе с подопытными животными или куриными эмбрионами. Вслед за этим открытием последовало широкое применение метода культуры тканей для диагностических целей в клинических лабораториях. Вирусология перестала быть заповедной областью небольшого числа специалистов.
Что же было принципиально новым в открытии Д. Эндерса и его сотрудников? Им удалось размножить в клетках культуры ткани вирус полиомиелита, в результате чего клетки были разрушены, распались, вирус освободился и перешел в питательный раствор. Таким способом впервые было получено большое количество чистого вируса, который впоследствии был выведен из жидкости и послужил основой для изготовления прививочной вакцины против полиомиелита.
Преимущество этого способа получения противополиомиелитной вакцины очевидно. Живые клетки в культуре ткани образуют большую поверхность для размножения вируса. Способы его очищения несложны. Все это позволяет получать прививочный материал в очень большом количестве. Благодаря этому открытию стало возможным выращивать вирусы на культурах самых разнообразных тканей самых разных животных.
В последнее время ученые с успехом начали выращивать в питательных растворах изолированные клетки опухолей человека, и сейчас трудно найти крупную вирусологическую лабораторию, которая не располагала бы, к примеру, клетками HeLa, выделенными из оперированной злокачественной опухоли матки, или клетками Detroit 6, также являющимися клетками опухоли человека.
Рассказ о современных методах изучения вирусных частиц был бы не полным, если бы мы не остановились — хотя бы коротко — на таком важном средстве научного исследования, каким является кинематограф.
Биологи, микробиологи и вирусологи все чаще и шире используют в своих исследованиях микрокиносъемку как важный метод научной кинодокументации. Вот как оценивает его доктор Рудольф Мюллер из Института микробиологии и экспериментальной терапии ГДР: "Научный фильм становится все более незаменимым в микробиологии. Поскольку объекты микробиологии бесконечно малы и требуют для изучения специальной аппаратуры, фильм в этом случае оказывается идеальным наглядным пособием. Вместе с тем кино обрело в микробиологии широкую сферу применения также и как средство исследования. При всяких чисто морфологических исследованиях научный фильм может служить дополнительным подтверждающим материалом, расширяющим наши познания"[7]
Следует признать, что уже давно учёные оценили помощь, которую могут оказать в их работе огромные технические возможности современного кинематографа. Можно назвать сотни научно-исследовательских кинодокументаций, в которых была успешно применена микрокиносъемка, позволившая открыть и изучить многие стороны жизни невидимого простым глазом микромира.
Поделиться книгой: