Читать онлайн Иммунитет умнее мозга. Главная система нашего организма бесплатно

© Евгений Качаровский, текст

© ООО «Издательство АСТ»

Процитирую работу доктора Унруха фон Штайнплаца о штаммах радиоактивных вирусов. Занимаясь такими известными вирусами, как бешенство, гепатит и оспа, он на протяжении многих поколений подвергал их воздействию радиоактивного излучения и получил штаммы необычайно высокой вирулентности, которые распространялись по воздуху и были способны уничтожать целые народы за считаные дни. Но у этого проекта был один недостаток – проблема утилизации миллиардов радиоактивных трупов, которые не годились даже на удобрения.

Уильям Берроуз, «Города красной ночи»

От автора

Наша жизнь все больше и больше зависит от вирусов, этих ничтожно маленьких структур, которые язык не поворачивается назвать «организмами». Если сто лет назад в научной фантастике правили бал инопланетяне, представлявшие главную угрозу человечеству, то сейчас балом правят вирусы, причем не только в фантастике, но и в реальной жизни. Мелкая ничтожная пакость по имени SARS-CoV-2 сумела сделать невероятное – закрыла на карантин всю планету, порушила все планы и биржи, превратила Homo sapiens mobilis (Человека разумного мобильного) в Homo sapiens domesticus (Человека разумного домашнего).

Вот кто бы мог подумать, что миром начнут править вирусы? Особенно после того, как в 1980 году Всемирная ассамблея здравоохранения торжественно объявила о тотальном и повсеместном уничтожении вируса натуральной оспы. В масштабе всей планеты при помощи вакцинации был уничтожен возбудитель опаснейшего заболевания! Радости было море и прогнозы создавались самые оптимистические. Сегодня мы победили оспу, завтра победим грипп, к началу нового тысячелетия разберемся с вирусами гепатита, а под конец добьем прочую разную мелочь, и вирусология (так, если кто не в курсе, называется наука о вирусах) станет частью истории медицины.[1]

Ха! Как бы не так!

Империя Зла тут же нанесла ответный удар – сбросила на человечество бомбу под названием «вирус иммунодефицита».

Вместо опасного, но хорошо знакомого врага – вируса натуральной оспы, нам стал угрожать враг неведомый, действующий скрытно и распространяющийся коварным половым путем. Против старого врага у человечества имелось надежное оружие в виде вакцины, а перед вирусом иммунодефицита оно оказалось беззащитным. И если уж говорить начистоту, остается беззащитным до сих пор. Отдельные оптимистические сообщения, которые периодически сулят нам победу над вирусом иммунодефицита, в расчет принимать не стоит. Вакцины против этого вируса нет и препаратов, которые могли бы полностью очистить от него организм, тоже нет. Есть только препараты, сдерживающие вирус. Разумеется, хорошо, что хоть это есть, но «сдерживать» и «уничтожать» – это разные слова, не так ли?

Но мало было нам вируса иммунодефицита… В новом тысячелетии к нему добавились какие-то коронавирусы, вирус гриппа стал особо зловредным, за что его заслуженно прозвали «свинским гриппом», а в полку вирусов гепатита, которых полсотни лет назад было известно всего два, произошло существенное прибавление… Расклад сил изменился – если раньше человечество наступало на вирусы, то сейчас вирусы наступают на нас. И как наступают! Единым, можно сказать, фронтом. Если уж говорить начистоту, то нам легче было бы победить каких-нибудь разумных марсиан или, скажем, центавристов. С крупными врагами нам бороться как-то привычно (между собой постоянно воюем), да и договориться с пришельцами можно, потому что с разумным существом всегда можно договориться. А как прикажете договариваться с безмозглыми вирусами? Да у них не то, чтобы мозгов, у них кроме… Впрочем, это мы обсудим в первой главе.[2][3]

Но неправильно было бы считать вирусы только нашими врагами. Вирусы могут быть и помощниками. Знаете ли вы, как работают генные инженеры? Если ваше воображение рисует вам большие и светлые операционные, в которых, под контролем супермощных электронных микроскопов, генетики вырезают из клеток одни гены и вшивают вместо них другие, то вам нужно срочно приступать к созданию фантастических произведений, желательно – сценариев, потому что они приносят больше денег. Хорошее воображение нужно использовать на всю катушку, и вообще таланты не следует зарывать в землю.

На самом же деле, генетики помещают в пробирку клетки, которым нужно пересадить новый ген и добавляют туда вирусы, к которым они этот ген прицепили. Вирусы внедряются в клетку и оставляют там прицепленные гены… Мы об этом тоже поговорим подробно, а пока что знайте, что без вирусов-помощников современная генетика обойтись не может. Не вирусом единым она жива, конечно, но помощь от них очень большая.

И не только генетикам помогают вирусы. В сельском хозяйстве при помощи вирусов борются с бактериальными заболеваниями растений. Это очень экологичный метод борьбы – вирусы сжирают бактерии и сами тоже гибнут, не оставляя на растениях никаких следов, в отличие от химических препаратов. Широко используются вирусы для борьбы с бактериями в ветеринарии и пищевой промышленности.

Так что вирус вирусу рознь и нельзя мешать их все в одну кучу.

Интерес к вирусам растет примерно теми же темпами, которыми распространяются вирусы во время эпидемий. Написано о них много, но в этом море «вирусной» научно-популярной литературы не было «Вирусологии для чайников» – книги, созданной по принципу «с нуля и обо всем» и по правилу «о серьезном в простой, доступной форме». Какой-либо специальной подготовки для чтения этой книги не требуется, ну разве что усесться или улечься поудобнее. Те, кто дочитает ее до конца, будут знать о вирусах все, что может знать о них человек, не имеющий высшего медицинского образования. А если захочется узнать больше, то флаг вам в руки и семь футов под килем! Шесть лет в вузе, два года ординатуры – и вы станете дипломированным вирусологом, Истребителем Негодяев и Покровителем Добропорядочных (это о вирусах, если кто не понял).

Предупреждение – все, о чем рассказывается в этой книге, имеет под собой надежную научную основу. Домыслов, вымыслов и прочей псевдонаучной белиберды вы в ней не найдете. Точно так же, как и не найдете рецептов чудодейственных противовирусных средств, которые на протяжении столетий хранили сибирские колдуны, тибетские жрецы или шаманы культа Вуду. Но с научных позиций мы обязательно обсудим противовирусное лечение и его нюансы, потому что без этого наше руководство было бы неполным.

«Ad acta», как говорили древние римляне, – к делу!

Часть первая

Общая вирусология

Глава первая

Организмы на краю жизни

• О кочанах и королях
• Мы с вами поболтаем,
• И отчего валы кипят
• Как-будто чайник с чаем
• И есть ли крылья у свиней
• Мы это все узнаем.

Льюис Кэрролл, «Алиса в Зазеркалье»(Перевод Т. Л. Щепкиной-Куперник)

Знакомство с вирусами надо начинать с… клетки. Да – с живой клетки, которая служит вирусам домом. Впрочем, не просто домом, а родильным домом, сборочным цехом, складом ресурсов и чем-то вроде крепости, надежно защищающей от врагов.

У любой клетки, растительной или животной, непременно должны быть три составные части – наружная оболочка, называемая клеточной мембраной, хранилище наследственной информации и внутренняя среда – полужидкая цитоплазма, в которой расположены клеточные органы и запасы различных нужных клетке веществ – кристаллы солей, капельки жира, зерна крахмала.

Наследственную информацию, определяющую развитие и вообще всю жизнедеятельность клетки, хранят молекулы особых веществ – нуклеиновых кислот. Название «нуклеиновая» происходит от латинского слова «nucleus», означающего «ядро». Дело в том, что у высокоразвитых клеток, имеющих много органов, наследственный материал упакован в ядро, которое можно сравнить со шкафом, а то и с сейфом. Согласитесь, что в шкафу или сейфе ценности будут сохраннее, верно? Молекулы нуклеиновых кислот, находящиеся в ядре, лучше защищены от повреждения, нежели их «сестры», плавающие в цитоплазме. А чем опасно повреждение молекулы, хранящей наследственную информацию? Изменением этой информации оно опасно. Молекулы нуклеиновых кислот могут восстанавливаться после повреждения (мать-природа дала им такую возможность), но любое восстановление чревато ошибками. С одной стороны, эти ошибки могут оказаться полезными, если приведут к возникновению каких-то полезных признаков, повышающих приспособленность организма к окружающей среде, а с другой – это еще бабушка надвое сказала, полезной окажется ошибка или же нет. Так что лучше не рисковать и хранить информацию в сейфе.

Клетки-эукариоты, наследственная информация которых упакована в ядро, в эволюционном отношении являются более молодыми, чем клетки-прокариоты, у которых ядер нет. Чем проще строение организма, тем он древнее – это общее эволюционное правило. Мы с вами, а также большинство живых организмов, кроме одноклеточных бактерий и близких к ним архей, относимся к эукариотам. Впрочем, вирусам совершенно безразлично, в каких клетках обитать – ядерных или безъядерных. Главное, чтобы был домик, а при нем – амбар с запасами всего необходимого.

Молекулы нуклеиновых кислот могут содержать остатки одного из двух сахаров – рибозы или дезоксирибозы. Разница между двумя сахарами небольшая – всего в один атом кислорода. «Дезокси-» переводится с латыни как «отсутствие атома кислорода», то есть дезоксирибоза – это рибоза без одного атома кислорода. От названия сахарного остатка образуются названия кислот – дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). С химической точки зрения разница между ДНК и РНК заключается в наличии или отсутствии одного атома кислорода в сахарном остатке. Не такая уж и большая разница, верно? Но с генетической точки зрения разница между ДНК и РНК огромна. Молекула ДНК – хранитель наследственной информации и организатор ее передачи по назначению. Да, и организатор тоже, поскольку именно в молекуле ДНК записан процесс считывания закодированной в ней информации. А молекулы РНК играют вспомогательную роль – служат матрицами для синтеза белков, проявляют ферментативную активность, занимаются транспортом белков внутри клетки. Но у многих вирусов РНК играет роль ДНК, то есть является хранителем наследственной информации. По типу хранилища вирусы подразделяются на РНК-содержащие и ДНК-содержащие. Подавляющее большинство вирусов содержат РНК.

Что конкретно понимается под словами «наследственная информация»? Это информация о строении всех клеточных белков и РНК, а также информация о системах регуляции их синтеза.

Молекулы ДНК и РНК состоят из повторяющихся блоков, которые называются нуклеотидами. Нуклеотиды можно сравнить с буквами, которыми записывается наследственная информация. Всего букв пять, три из них универсальные, то есть – содержатся и в молекулах РНК, и в молекулах ДНК, четвертая присутствует только в ДНК, а пятая – только в РНК. Посмотрите на себя в зеркало и представьте, что вся информация о вас, таком симпатичном, умном, совершенном во всех отношениях и абсолютно уникальном человеке, записана при помощи четырех букв.

Но этого вполне достаточно, ведь комбинация из четырех элементов дает десять тысяч вариантов, вдобавок эти четырехэлементные комбинации комбинируются друг с другом в различных сочетаниях, что дает невероятно большое, можно сказать – стремящееся к бесконечности, количество вариантов.

Молекулы ДНК не просто огромные, они гигантские. Число атомов в молекуле ДНК может доходить до десяти миллиардов. Природа стремится к компактности, поэтому гигантская молекула ДНК состоит не из одной, а из двух цепочек, которые закручены вокруг своей оси в спираль, образуя что-то вроде двойной пружины. Молекулы РНК гораздо меньше и, в большинстве своем, состоят из одной цепи.

Вам, наверное, доводилось слышать слово «хромосома». Хромосомой называется комплекс из молекулы нуклеиновой кислоты и нескольких молекул белка. В этом комплексе молекула нуклеиновой кислоты выступает в роли госпожи, а белковые молекулы – в роли обслуживающего персонала.

В «ядерных» клетках-эукариотах хромосомы, имеющие вид длинных тонких нитей, собираясь вместе, образуют ядро. Изначально этот термин был предложен для обозначения структур, выявляемых в клетках-эукариотах, но в последнее время все чаще говорят о бактериальных или вирусных хромосомах. Давайте договоримся, что мы слово «хромосома» вообще употреблять не станем, а станем просто говорить о молекулах ДНК и РНК. Сейчас мы упомянули о хромосомах только для того, чтобы это слово, встреченное в других источниках знаний, не ставило бы вас в тупик.

Участок молекулы ДНК или РНК, содержащий информацию об одном отдельном белке, то есть – об одном признаке организма, называют геном. Чем сложнее организм, тем большее количество генов содержится в его «досье», которое называется геномом. Геном человека содержит около 28 000 генов, а у крошки-цирковируса (вируса из семейства цирковидовых) – генов всего два. Кстати говоря, название семейства происходит не от слова «цирк», а от латинского слова «circus», означающего «круг». Дело в том, что одноцепочечная молекула ДНК этих вирусов замкнута в кольцо. В цирках же если и обитают какие-то вирусы, то это вирусы хорошего настроения, до изучения которых у вирусологов пока еще руки не дошли.

Считывание информации с молекулы нуклеиновой кислоты происходит довольно просто – по молекуле «ползет» молекула специально уполномоченного фермента, которая считывает информацию и на ее основании синтезирует молекулу белка или же РНК-матрицу для синтеза белковых молекул. На небольшой РНК-матрице удобнее производить молекулы белка, чем на огромной ДНК-матрице, опять же молекула ДНК, кодирующая данный белок, присутствует в клетке в единственном экземпляре, а РНК-матриц можно «наштамповать» сколько угодно.

В любой живой клетке на основе наследственной информации постоянно что-то да синтезируется.

Сказки про Кощея Бессмертного все помнят? «На море на океане есть остров, на том острове дуб стоит, под дубом сундук зарыт, в сундуке – заяц, в зайце – утка, в утке – яйцо, в яйце – игла, смерть Кощея». Игла – это ДНК, яйцо – клеточное ядро, заяц и утка обозначают цитоплазму, а сундук – это клеточная мембрана, которая ограничивает содержимое клетки и отделяет клетку от внешней среды. Есть клетки, не имеющие ядра и каких-либо клеточных органов, называемых органеллами или органоидами. Но без оболочки, внутренней среды и досье с наследственной информацией клетки быть не может.

Клеточная мембрана – это «умная» оболочка, которая пропускает в клетку нужные вещества и не пропускает ненужные или вредные. По-научному это явление называется избирательной проницаемостью.

Клеточные мембраны образованы двойным слоем фосфолипидов. Давайте вспомним из курса химии, что липидами называются жиры и жироподобные вещества, а фосфолипидами называются липиды, молекулы которых содержат остатки фосфорной кислоты.[4]

Через двойной слой фосфолипидов в клетку самостоятельно, без посторонней помощи, могут проникать только жирорастворимые вещества – жиры или, к примеру, спирты. Вода и все водорастворимые вещества, в том числе и любые ионы, сами по себе проходить через мембрану не могут, для них нужны специальные транспортные каналы. Каналы образуются белковыми молекулами, которые находятся в толще клеточных мембран. В фосфолипидных оболочках без участия белков канал устроить невозможно – простое отверстие тут же затянется подобно тому, как затягивается отверстие, сделанное в пленке жира на поверхности воды.

Белковые молекулы могут образовывать пору или канал для прохождения водорастворимых веществ или же занимаются активным транспортом – захватывают нужные молекулы на одной стороне мембраны и переносят к другой стороне. Молекулы-транспортники пронизывают всю толщу клеточной мембраны, выходя обеими своими концами за ее пределы.

На наружной поверхности мембран находятся рецепторы – белковые молекулы, способные связываться с молекулами определенных веществ. Через рецепторы эти вещества оказывают на клетку определенное воздействие. Существуют особые рецепторы, называемые маркерами, которые представляют собой нечто вроде «визитной карточки» клетки. По маркерам клетки опознаются другими клетками, а также вирусами.

Рибосомы – это сферические образования, не имеющие своей отдельной мембраны. По сути рибосомы являются скоплением молекул РНК, синтезирующих белки из аминокислот, в соответствии с информацией, записанной в РНК-матрице. Молекула ДНК – слишком громоздкая матрица, гораздо удобнее для синтеза белковых молекул маленькие матрицы РНК, и это удобство оправдывает затраты на их изготовление на основании той информации, что записана в молекуле РНК. К тому же матрица-ДНК в клетке всего одна, а РНК-копий можно изготовить сколько угодно, в результате чего синтез белков будет более интенсивным. Рибосомы присутствуют во всех без исключения клетках, они есть и у эукариот, и у прокариот. Количество рибосом в клетке может достигать десятков миллионов. Иначе и быть не может, ведь живой клетке постоянно нужны белки.[5]

В цитоплазме находится множество рибосом – сферических образований, не имеющих своей отдельной мембраны. Рибосомы образованы скоплениями молекул РНК, которые занимаются синтезом белков по РНК-матрицам. Рибосомы присутствуют во всех без исключения клетках. Количество рибосом в одной клетке зависит от потребности в белках и может достигать нескольких миллионов.

На этом наше беглое знакомство с клеткой можно считать завершенным. Многое, разумеется, осталось за рамками, но нам с вами, как вирусологам, бо2льших знаний пока не требуется. А если что и нужно будет дополнить, то мы сделаем это по ходу разговора.

Важно понимать следующее:

➢ в любой клетке есть молекулы ДНК, в которых записана наследственная информация;

➢ у любой клетки есть защитная оболочка – клеточная мембрана, обладающая избирательной проницаемостью;

➢ на поверхности клеточных мембран расположены маркеры – белковые молекулы, служащие для распознавания клеток.

Та-да-да-дам!

Дорогие друзья! Наступил торжественный момент, которого многие из вас давно ждали. Начинается ваше путешествие в неповторимый и прекрасный мир вирусов! Помните о том, что вы вступаете на чужую территорию, часть населения которой может быть настроена враждебно по отношению к вам. Будьте внимательны и осторожны! Следуйте инструкциям и, что бы ни произошло, не поддавайтесь панике. И берегите себя. Ведь лучше вас с этой задачей никто не справится.

Возможно, вас удивило название этой главы. «Организмами на краю жизни» называют вирусы самые осторожные из ученых, которые, с одной стороны, не могут признать вирусы живыми существами, а, с другой, не могут назвать их неживыми.

«Живые или неживые?» это вопрос посложнее, чем гамлетовское «быть или не быть?». Несмотря на столетнее знакомство, ученые до сих пор не пришли к единому мнению о том, можно ли считать вирусы живыми.

«Они живые! – убеждают левые радикалы. – Вирусы способны размножаться? Способны! Способны приспосабливаться к условиям окружающей среды? Способны! Наследственностью обладают? Обладают! Значит – они живые!». К месту можно вспомнить и то, что некоторые бактерии, например – большинство риккетсий и хламидии, не способные размножаться вне клеток-хозяев, «единогласно» считаются живыми организмами.

«Ну какие же они живые? – возражают правые консерваторы. – Самостоятельно, без использования чужих ресурсов, вирусы воспроизводиться способны? Не способны! Собственный обмен веществ и энергии они имеют? Не имеют! Значит, живыми их считать нельзя! Вирусы – это не форма жизни, а комплексы органических молекул, взаимодействующие с живыми организмами. Точка!»[6]

«Они живые, но не совсем», – шутят те, кому давно надоели эти споры. Но, как вы понимаете, быть не совсем живым это все равно что быть не совсем беременной.

Давайте разбираться. К концу этой главы вы сможете вынести собственное суждение о вирусах и о том, к какой фундаментальной науке следует отнести вирусологию – к биологии, которая изучает все живое, или же к химии, которая занимается молекулами.

Вирусы бывают разными, простыми и сложными, мелкими и крупными, стойкими и не очень, но обобщенно можно сказать, что любой вирус представляет собой наследственную информацию – молекулу ДНК или РНК, упакованную в защитную белковую оболочку, называемую капсидом.

Обратите внимание на то, что вирусы содержат нуклеиновую кислоту одного типа – или ДНК, или РНК. Этим вирусы отличаются от клеточных организмов, которые содержат нуклеиновые кислоты обоих типов и у которых носителем наследственной информации является только ДНК.

Вирусы, не имеют клеточного строения и этим отличаются от всех других организмов.

У вирусов нет органоидов.

У вирусов нет собственного обмена веществ и энергии. Вирусы не способны самостоятельно мобилизовать энергию и синтезировать белки, у них отсутствуют соответствующие системы.

➢ У вирусов нет запасов питательных веществ.

➢ У вирусов нет структур, обеспечивающих их размножение.

➢ Вирусы не способны к росту и бинарному (двоичному) делению.

Вирус – это «матрица в шкатулке», молекула нуклеиновой кислоты в капсиде. И ничего больше (за исключением структур, обеспечивающих внедрение вирусной нуклеиновой кислоты в клетку).

Вирус – не клетка, запомните это раз и навсегда. Но вирус можно называть «микроорганизмом» или «микробом». Разумеется, при условии, что вы считаете вирусы живыми существами.

Вирусы

Вирусы являются абсолютными внутриклеточными паразитами. Ключевое слово «абсолютными». Вне клетки вирус не способен размножаться. Можно сказать, что вирус живет только тогда, когда находится в клетке. Вирус вне клетки – это просто молекула нуклеиновой кислоты в белковой оболочке. Те, кто склонен считать вирусы живыми существами, делают акцент на их внутриклеточном паразитизме, а те, кто считает вирусы комплексами органических молекул, выдвигают на передний план их внеклеточное существование. Или, может, лучше сказать – внеклеточное нахождение?

Знакомо ли вам слово «вирион»? И, если знакомо, то знаете ли вы, что оно означает? В наше время научные термины в моде, в тренде. Зачем говорить «повышение цены снижает объем продаж товара», если можно сказать звучно: «повышение цены отрицательно коррелирует с объемом продаж товара»? Отр-р-рицательно кор-р-релирует! Кр-р-р-р-расота!

В средствах массовой информации и частных беседах можно встретить словосочетания вроде «вирион холеры», «вирусы и вирионы гепатита С» или «вириональная устойчивость».

Запоминайте, если не знаете.

Холерными виБрионами называются бактерии, вызывающие холеру. Вибрион – это бактерия, имеющая вид слегка изогнутой палочки.

А вирионом называется полноценная вирусная частица, состоящая из нуклеиновой кислоты и капсида, и находящаяся вне живой клетки.

Почему полноценная? Потому что с капсидом. Внутри капсида нуклеиновая кислота вируса неактивна, то есть – не служит матрицей для синтеза своих копий. В зависимости от вида вируса, капсид может остаться снаружи, а может разрушиться уже внутри клетки. Но в любом случае внутри клетки он уже не нужен. Клетка защищает вирус лучше, чем любой капсид.

Нужно оговорить вот что.

Вне клетки вирусы существуют в виде вирона – нуклеиновой кислоты, упакованной в капсид (а то и в двойной капсид, но об этом будет сказано позже). В клетке вирус существует в виде свободной нуклеиновой кислоты, которая служит матрицей для синтеза новых вирусов. Новые вирусы образуются «в полном комплекте», в виде вириона – с наличием капсида и всех прочих наворотов, присущих данному виду вирусов. Новые вирионы покидают клетку и отправляются на поиски других клеток-жертв.

Таков цикл размножения вирусов. Но ради простоты мы не будем постоянно уточнять «в виде вириона», «в виде нуклеиновой кислоты», а будем просто говорить о вирусах. Вы же можете самостоятельно понимать, о чем в данном случае идет речь – о вирионе или же о свободной от оков капсида нуклеиновой кислоте.

Вирусы поражают все типы организмов – растения, животных, простейших, грибы, бактерии и археи. Грубо говоря, если существует клетка, то найдется и вирус, способный в ней паразитировать. На сегодняшний день известно несколько тысяч вирусов, но этот перечень далеко не полон, к нему постоянно добавляются новые виды. Есть мнение, что вирусы представляют собой самую многочисленную биологическую форму на нашей планете и счет их видам идет на сотни тысяч, если не на миллионы.

В биологии паразитом называется организм, использующий другой организм (который называется хозяином) в качестве источника питания и среды обитания. Паразит всегда наносит вред своему хозяину, поскольку в лучшем случае крадет у него часть питательных ресурсов. А в худшем случае паразит может отравлять организм хозяина продуктами своей жизнедеятельности или разрушать клетки, в которых он паразитирует, как это делают вирусы.

Вся вредоносность вирусов заключается в том, что паразитируя в клетке, они используют клеточные ресурсы для самокопирования, а такая эксплуатация обычно приводит к гибели клетки. Если же пораженная вирусом клетка не гибнет, что случается относительно редко, то нормально функционировать она не может. Куда ни кинь, а все клин – в результате поражения клеток вирусами развиваются различные заболевания.

Кстати говоря, разбираетесь ли вы в тонкостях взаимоотношений между организмами?

Форма взаимно полезного сожительства, когда наличие партнера становится обязательным условием существования каждой из сторон, называется мутуализмом. Так, например, в пищеварительном тракте коров и других жвачных животных обитают микроорганизмы, способные переваривать целлюлозу. Пищеварительная система хозяев на такие подвиги не способна, целлюлозу разрушают микробы-квартиранты. Жвачные животные не могут жить без этих микробов, потому что тогда они не смогут полноценно питаться, а микробы не могут жить вне организма своих хозяев. Коровы и разрушающие целлюлозу микробы навеки связаны одной цепью и от этой связи обоим видам нет ничего, кроме пользы.

Взаимная польза – это мутуализм. Ты – мне, я – тебе.

Односторонняя польза без причинения вреда другой стороне – это комменсализм. Примером комменсализма могут служить рыбы-прилипалы, которые прикрепляются к крупным морским животным и совершают вместе с ними длительные миграции, не нанося никакого вреда своим хозяевам.

Ты мне приносишь пользу, а я тебе не делаю плохого – это комменсализм.

Если же один вид в течение определенного времени использует другой вид в качестве источника питания и среды обитания, то такие отношения называются паразитизмом.

Я тебя использую и причиняю тебе ущерб – это паразитизм.

Межвидовые отношения, вредные представителю одного вида, но безразличные представителю другого вида, называются аменсализмом. Аменсализм можно назвать «бескорыстным паразитизмом». Да, представьте, в природе встречается и такое. Примером аменсализма могут служить отношения деревьев с травами и мхами, растущими под сенью их крон. Кроны деревьев заслоняют находящиеся под ними растения от солнечного света. Вред налицо, но никакой пользы от нанесения этого вреда деревья не получают – им безразлично, что растет внизу и вообще растет ли там хоть что-нибудь.

В целом же взаимоотношения между организмами разных видов, при которых хотя бы один из них получает для себя пользу, называются симбиозом, что в переводе с греческого означает «совместная жизнь».

Вирусы можно называть не просто «паразитами», а «суперпаразитами».

Проникнув в клетку, вирус полностью подчиняет жизнедеятельность клетки своим интересам и осуществляет собственное воспроизводство с помощью синтезирующей системы клетки и ее запасов энергии. «Простые» паразиты, такие, например, как гельминты, хотя бы размножаются самостоятельно, не привлекая к этому процессу своих хозяев.

Размеры вирусов очень малы, их выражают в нанометрах (один нанометр это 10^-9 метра). «Мелкий» вирус полимиелита имеет размер около двадцати нанометров, а «гигантский» вирус желтухи свеклы вымахал до полутора тысяч нанометров. Благодаря столь малым размерам, в одной клетке могут одновременно жить несколько десятков вирусов одного и того же вида, места всем хватит, ведь размеры большинства клеток варьируют от 0,5 до 100 микрометров, а микрометр, если кто забыл, в тысячу раз больше нанометра.

Даже совершенно далекие от медицины люди знают о том, что вирусные заболевания с трудом поддаются лечению, а многие из них на сегодняшний день считаются неизлечимыми. Казалось бы, парадокс налицо. По логике избавить организм от столь просто устроенных вредителей должно быть очень легко. Но у природы своя логика. Вирусы очень малы и имеют простейшее строение, поэтому очень трудно вызвать их гибель. Вне клетки вирус находится в неактивном состоянии, в нем не происходит никаких биологических процессов. А что представляют собой те же антибиотики? Вещества, нарушающие нормальное течение жизненно важных процессов у бактерий или других одноклеточных микроорганизмов. Нарушение важного процесса приводит к гибели организма. А что можно нарушить у вируса? И разрушить его очень сложно – мелок вирус, да крепок. Вдобавок борьбу с вирусами сильно осложняет то обстоятельство, что они обитают внутри клеток, которые служат им защитой. Некоторые вирусы настолько коварны, что не оставляют снаружи никаких следов своего проникновения в клетку – ни капсида, ни остатков его (отдельных белковых молекул) и подавляют сигналы опасности, которые клетка может отправлять своим соседкам. В таком случае иммунная система не будет уничтожать пораженную вирусом клетку, поскольку клетка будет считаться нормальной.

Первоначальное знакомство с вирусами состоялось. Прежде, чем вы примете решение относительно того, считать их живыми организмами или нет, автор считает нужным высказать свою собственную точку зрения.

Автор целиком и полностью разделяет мнение тех биологов, которые считают вирусы особой формой жизни, а не комплексом органических молекул, взаимодействующих с живыми организмами. «Комплекс органических молекул» – понятие расплывчатое. Бульон – это тоже комплекс органических молекул и когда вы едите бульон, он взаимодействует с вашим организмом. Разве не так?

Как ни крути, с какой стороны не гляди, а главной особенностью всего живого является способность к размножению, пусть даже и внутри клеток-хозяев. Если нечто обладает способностью к размножению, то оно заслуживает почетного звания живого организма.

Глава вторая

Крестные отцы и их приспешники, или О типах вирусных инфекций

«Опасность не всегда бывает реальна, но реальность всегда опасна.»

Лао-цзы

Дайте, пожалуйста, свое определение вирусной инфекции, желательно краткое. Вирусная инфекция, это…

…Пауза для размышления…

Если в вашем определении были слова «болезнь» или «заболевание», то оно неверное. Инфекцией называется заражение организма-хозяина инфекционным агентом, в нашем случае – вирусом. Только заражение! Заражение может привести к развитию болезни, а может и не привести. О бессимптомном носительстве все слышали?

Взаимодействие вируса с клеткой может протекать по-разному и вызывать различные клинические проявления. Видный советский микробиолог и эпидемиолог Владимир Тимаков считал, что «состояние вирусного носительства является, пожалуй, наиболее распространенной и общей формой взаимодействия вируса с клеткой, а острое вирусное заболевание – лишь проявлением нарушения этого характерного равновесия».

А теперь давайте займемся биологическим крючкотворством. Не одним же юристам можно к словам придираться да уточнений по любому поводу требовать. Биологи тоже не лыком шиты, отнюдь.

Как по-вашему, «латентная инфекция» и «бессимптомная инфекция» – это синонимы?

Тот, кто ответил «да», – прав.

Тот, кто ответил «нет», – абсолютно прав.

Дело в том, что бессимптомная инфекция или бессимптомное носительство может наблюдаться как при непродолжительном, так и длительном пребывании вируса в организме. «Латентной» называется бессимптомная длительная инфекция. Нельзя говорить о латентной острой респираторной вирусной инфекции, это будет неграмотно. А вот о латентной туберкулезной инфекции – можно. А бессимптомные острые вирусные инфекции, которые отличаются от хронических недолгим пребыванием вируса в организме, называют инаппарантными вирусными инфекциями. Обратите внимание – «инаппараНТНыми», а не «инаппараТНыми». В переводе с латыни слово «инаппарантный» означает «неочевидный».

Латентные инфекции протекают бессимптомно, но вирусы при этом могут вести себя двояким образом. Они могут размножаться в организме, который при этом внешне выглядит здоровым, с разрушением клеток и…

Напрашивается вопрос – как такое может происходить? Почему разрушение клеток проходит бессимптомно?

Все дело в количествах. Если гибель клеток не носит массового характера, то процесс может пройти незаметным. Обязанности погибших вирусом клеток возьмут на себя другие, и в целом, для организма, ничего не произойдет, ну разве что некоторые клетки будут работать с повышенной нагрузкой. Но если поражение примет массовый характер, то последствия не замедлят заявить о себе – разовьется инфекционное (вирусное) заболевание.

Если же образующиеся новые вирусы покидают клетку-хозяина «деликатно», не вызывая ее гибели, то такая вирусная инфекция может вообще никак не ощущаться организмом. Клетка быстро восполнит ресурсы, которые забрали у нее размножающиеся вирусы и продолжит функционировать в нормальном режиме.

Деликатный выход из клетки совершается посредством отпочковывания. Вирус подходит к клеточной мембране и давит на нее, формируя выпячивание. В конечном итоге от мембраны отделяется «пузырек», внутри которого находится вирус. Оболочка из клеточной мембраны может служить вирусу дополнительной защитой.

Крючкотворствуем дальше!

От латентных инфекций следует отличать медленные инфекции. Этим термином обозначают вирусные заболевания, характеризующихся продолжительным (зачастую и многолетним) инкубационным периодом, длительным прогрессирующим течением болезни и плохим концом – тяжелыми расстройствами здоровья или же смертью.

Типичным примером медленной инфекции является инфицирование организма вирусом иммунодефицита человека. НО медленные инфекции могут вызывать и вирусы, обычно вызывающие острые инфекции, например – вирус кори, который помимо кори способен вызывать такое тяжелое медленно прогрессирующее инфекционное заболевание, как подострый склерозирующий панэнцефалит.

Расшифровываем!

Энцефалит – заболевание, характеризующееся воспалением головного мозга.

Приставка «пан-», в переводе с греческого означающая «весь», свидетельствует о тотальности процесса (например, «пандемией», называют эпидемию, охватившую целые континенты или всю планету). Панэнцефалит – это воспаление всего головного мозга, а не отдельного участка его.

Склерозом по-научному называется не то, о чем вы сейчас подумали, а замещение рабочих, функционально активных клеток различных органов плотной (и не активной) соединительной тканью, проще говоря – волокнами белков коллагена и эластина.[7]

Подострым называется заболевание, которое прогрессирует быстрее, чем хроническое, но при этом не переходит в острую форму. Подострое – это нечто среднее между острым и хроническим.

Подострый склерозирующий панэнцефалит – это общее воспаление головного мозга, имеющее более активное течение, чем хронический процесс и вызывающее замещение нервных клеток соединительной тканью. Проще говоря – это тяжелое заболевание с крайне неприятными последствиями.

Для хронических вирусных инфекций и вообще для всех хронических заболеваний характерно чередование обострений и ремиссий (периодов существенного ослабления или полного исчезновения симптомов заболевания).

Графически хронические, медленные и латентные инфекции можно представить следующим образом:

На вертикали обозначить «Активность процесса», а на горизонтали – «Время».

С хроническими и медленными инфекциями все более-менее ясно. Медленная инфекция постепенно набирает обороты, наращивая сопротивление иммунной системе организма-хозяина. Хроническая инфекция то атакует, то переходит в оборону. В обоих случаях наличествует противоборство инфекционного агента с иммунной системой, бдительно охраняющей организм от чужаков. Но взаимоотношения агента и иммунной системы при латентных инфекциях при помощи логики объяснить невозможно. У войны не на жизнь, а на смерть (а ведь именно так воюет с возбудителями заболеваний иммунная система) есть два варианта исхода – победа одной или другой стороны. Перемирие может быть только временным вроде периода ремиссии при хроническом течении инфекционного процесса. А латентный период представляет собой длительное мирное сосуществование… Как так может быть? Почему иммунная система не уничтожает затаившийся в организме вирус? Ведь если он не способен вызывать заболевание, значит – он слаб, не так ли?

Латентные инфекции

Медленные инфекции

Хронические инфекции

Способность болезнетворных микроорганизмов к длительному выживанию (переживанию) в организме хозяина называется персистенцией. Хронические, медленные и латентные инфекции относятся к персистирующим инфекциям.

Ключевое слово – «затаившийся». При латентных инфекциях вирусы не привлекают внимания иммунной системы точно так же, как не привлекают к себе внимания шпионы. Иначе иммунная система начнет вырабатывать против вируса антитела (в свое время мы поговорим об этом).

Бывает так, что вирус находится в организме в измененном, можно сказать – дефектном состоянии, при котором он не способен активно размножаться, а также не способен вызывать иммунный ответ – реакцию иммунной системы на присутствие чужеродного агента. Присутствует в организме какой-то чужак, но вреда от него нет никакого, в том числе и потенциального, ни на одного из опасных агентов он не похож. Какой смысл с ним бороться, тратить на это средства? Пускай себе живет. Это один вариант, или, если точнее, механизм латентного носительства.

Вирус может коварно укрыться в клетке в виде свободной от оболочки молекулы нуклеиновой кислоты. У иммунной системы есть один существенный недостаток, который в то же время можно считать и достоинством – она не способна бороться с вирусными нуклеиновыми кислотами, проникшими в клетки организма. Иммунная система может вырабатывать белки-антитела против вирусных белков, которые образуют оболочку вируса или же служат инструментом для проникновения в клетку. Но как только вирусная ДНК или РНК попала в клетку и полностью освободилась от капсида, она становится неуязвимой для иммунной системы. Иммунная система может только стоять на страже у ворот и пытаться уничтожать новые вирусы, выходящие из клетки.

Почему этот недостаток можно считать достоинством? Да потому что если бы иммунная система могла бы уничтожать молекулы нуклеиновых кислот, то в случае каких-либо сбоев она начинала бы борьбу с собственными ДНК и РНК организма, подобно тому, как при аутоиммунных заболеваниях она борется с собственными белками. Страшно представить, что в таком случае могло бы происходить… Нет, лучше даже и не пытайтесь представить!

Затаившаяся, а если точнее, то «заснувшая» в клетке вирусная нуклеиновая кислота в любой момент может «проснуться» и запустить процесс самокопирования. Латентные инфекции потенциально опасны.

Особо коварные вирусы не просто прячутся в клетке в виде нуклеиновой кислоты, а встраиваются в молекулу (одну из молекул) клеточной ДНК. Клетка живет, дышит, питается, делится и не знает, бедная, что в ней заложена бомба… Перед делением клетки молекулы ее ДНК удваиваются для того, чтобы каждая дочерняя клетка получила от материнской по полному комплекту наследственной информации. При копировании молекулы со встроенным вирусным фрагментом копируется и фрагмент, иначе говоря, зараженная вирусом клетка при делении передает вирус дочерним клеткам. Но никто этого не замечает, до определенного момента. А когда этот момент настанет, с вирусного фрагмента кислоты скопируются РНК-матрицы, на которых начнется массовое производство новых вирусов – бомба взрывается, клетка погибает.[8]

Что дает вирусу способность встраиваться в ДНК клетки-хозяина?

Бессмертие! Или что-то в этом роде. Вирус, ставший частью ДНК хозяйского организма, будет жить, пока жив организм и будет передан потомству. Если какому-то вирусу удастся заразить значительную часть особей какого-то биологического вида, то этот вирус будет существовать столько же, сколько просуществует данный вид. А биологические виды потенциально бессмертны. Смертны только отдельные представители видов. Но если вид в целом будет хорошо приспосабливаться к постоянно изменяющимся условиям внешней среды, то он будет существовать вечно. Вполне возможно, что даже сможет пережить конец Солнечной системы, когда Солнце сначала сожжет все окружающие его планеты, а затем погаснет. Как можно пережить такое? Да очень просто – переселиться заранее на другие планеты в других планетных системах.[9]

Вирусная нуклеиновая кислота (геном вируса), встроенная в молекулу ДНК клетки-хозяина, называется провирусом. Это название можно перевести как «будущий вирус» или «изначальный вирус». Стадию провируса имеет в жизненном цикле вирус иммунодефицита человека. Этот вирус – первый кандидат в Великие Бессмертные Вирусы.

Осталось разобраться с упомянутыми в названии этой главы крестными отцами, а заодно и с их приспешниками, и можно будет переходить к следующей главе.

Разумеется, речь идет не о лидерах и рядовых членах преступных группировок, а о вирусах. Среди вирусов существуют так называемые вирусы-сателлиты, которые имеют очень короткие геномы, содержащие малое количество генов. Точнее – не малое, а недостаточное для создания вирусного капсида.

Вы представляете всю отчаянность положения этих малюток с неполным наследственным досье? Им хочется размножаться, хочется покорять миры, то есть – организмы хозяев, но как можно сделать это, не имея надежной защиты?

Молекула нуклеиновой кислоты, отправившаяся в самостоятельное плавание по крови или, скажем, по межклеточной жидкости, невероятно уязвима. К ней в любую секунду могут пристать какие-нибудь хулиганы – молекулы или ионы других веществ. Эти хулиганы вступят в конфликт, то есть – в химическую реакцию с одинокой беззащитной молекулой, оторвут у нее какой-либо фрагмент или же, напротив, прицепятся к ней накрепко. Хрен, как известно, редьки не слаще. Несанкционированный отрыв фрагмента молекулы нуклеиновой кислоты или же несанкционированное добавление к ней какого-либо фрагмента, портят хранилище наследственной информации, изменяют информацию или же вовсе делают невозможным ее считывание. Но хуже всего, если одинокая беззащитная молекула столкнется с монстром из банды свободных радикалов. Свободные радикалы, если кто не в курсе, это молекулярные частицы, имеющие на внешней электронной оболочке один или несколько непарных электронов, что делает их особо активными, можно сказать – агрессивными. Свободные радикалы всячески стремятся раздобыть партнеров своим непарным электронам. Ради этого они идут на разбойные действия – отнимают электроны у других молекул. Несчастные жертвы при этом могут погибнуть – разорваться на фрагменты, но когда это радикалов волновали последствия их действий?

Но капсид это не только защита, а еще и инструмент для внедрения вируса в клетку. Капсид прикрепляется к клетке-жертве и делает возможным проникновение нуклеиновой кислоты внутрь ее. Свободная вирусная нуклеиновая кислота в клетку никогда не попадет и растиражировать свои копии не сможет, вот даже надеяться на это не стоит.

Но если вирусы с неполным «досье» существуют, значит, они смогли найти какой-то выход…

Разумеется – смогли. Эти вирусы используют для своего размножения, то есть для строительства капсидов, белки и ферменты, которые клетка производит по приказу другого вируса. Вирусы-сателлиты, эти мелкие преступники, получают подачки от более влиятельных преступников, которых можно сравнить с крестными отцами. И если вам не нравится сравнение вирусов с преступниками, то подумайте сами – с кем еще можно сравнивать беззастенчивых грабителей и безжалостных убийц? С банкирами? Или, может, с налоговыми инспекторами? Нет, кроме бандитов в данном случае и сравнивать не с кем.

Вирусы-сателлиты бывают разными – совестливыми и бессовестными. Совестливые пользуются понемногу щедротами своих покровителей, но сильно не наглеют, знают свое место. А вот бессовестные творят настоящий беспредел – норовят захапать себе как можно больше добра и с этой целью частично подавляют производство вирионов вируса-покровителя. По сути дела, такое поведение можно расценивать как сверхпаразитизм, поскольку один паразит паразитирует на другом паразите.

Сверхпаразиты называются вирофагами – пожирателями вирусов. И если в вашем воображении начали рисоваться радужные картины борьбы с вирусными заболеваниями при помощи бактериофагов (клин клином вышибают!), то не спешите радоваться и надеяться. Далеко не у каждого вируса есть свой вирофаг. На сегодняшний день известно только три вида вирофагов, и для всех их вирусами-хозяевами являются гигантские вирусы из семейства мимивирусов. Несмотря на свое «няшное» название, мимивирусы ужасающе огромны. Диаметр капсидов некоторых представителей этого семейства доходит до 500 нанометров, благодаря чему их можно разглядеть в световой микроскоп.

Но мимивирусы интересны не только своими размерами и тем, что на них (образно говоря) способны паразитировать вирофаги. Мимивирусы и другие гигантские вирусы наряду с ДНК, в которой содержится наследственная информация, имеют вспомогательные молекулы РНК, то есть составляют исключение из правила, гласящего, что вирус может содержать только один тип нуклеиновых кислот. Особенности гигантских вирусов породили несколько интересных гипотез, касающихся их происхождения и эволюции.