Глава шестая. Многоактная пьеса "Клетка и вирус" (Часть первая. "Клетка")

Мы не были первыми и, не сомневаемся, не будем последними, кто использует в научно-популярной литературе элементы фантастики. Сколько раз читателю предлагалось что-либо предположить или превратиться на время в какое-нибудь животное и совершить путешествие по таким местам, куда без помощи фантастики не попасть... Мы тоже предлагаем вам предположить... что во время загородной прогулки, на уединенной поляне, вы вдруг увидели довольно странное сооружение, этакий феодальный замок-крепость, окруженный наполненным водой рвом, над которым повис подъемный мостик.

Вы уже догадались, что замком-крепостью мы называем клетку. Самую обыкновенную живую клетку, которая может быть и цельным организмом, как инфузория-туфелька, и одной из 1023 клеток, составляющих организм человека. И хотя, бесспорно, между инфузорией и любыми клетками нашего тела разница большая, она не принципиальная и заключается прежде всего в том, что отдельные клетки многоклеточного организма специализируются на выполнении тех или иных функций, а инфузория должна сама все эти функции выполнять.

Итак, вернемся на вымышленную полянку, где вы неожиданно наткнулись на феодальную крепость-замок. Мощные стены образовали неправильный многоугольник, в центре — многоэтажный замок, вокруг него — многочисленные хозяйственные постройки, склады. Крепость кажется автономным государством, в ней есть запасы продовольствия, топлива, воды. Две линии защиты — ров и стены, ограничивают это государство от любых врагов, поэтому захватить ее, по крайней мере, на первый взгляд невозможно. Брать приступом не решится и безумец: в башнях, возвышающихся кое-где над стеной, множество стражников, обученных и вооруженных буквально "до зубов". Тактика оборонительного боя разнообразна: каких-то врагов они уничтожают еще на подступах к крепостным стенам, кого-то заманивают вовнутрь и расправляются с ними там.

Вероятно, можно попытаться крепость взять осадой — как ни велики запасы, но полей-огородов, а тем более лесов и рек на ее территории нет, так что когда-то пополнять их придется. И это является ахиллесовой пятой крепости.

Периодически опускается мост через ров, и окрестное население приносит и привозит разнообразный товар. Всех торговцев стражники в лицо не знают, а потому придирчиво проверяют документы.

В толпе торговцев иногда снуют какие-то голенькие мальчишки, которые, хоть и вызывают недовольство стражи, но чаще всего все-таки проникают за крепостные стены. Мальчишки они и есть мальчишки, за ними не уследишь. Бывает, и какие-то подозрительные типы толкутся у мостика, но документы предъявляют правильные и тоже проходят. И слишком поздно спохватываются пропустившие: и голенькие мальчишки, и подозрительные типы с правильными пропусками — это различные виды вирусной агрессии, голая нуклеиновая кислота либо вирус, "укравший пропуск".

Что будет, когда они проникнут в крепость, мы рассмотрим немного позднее, а сейчас чуть подробнее остановимся на декорациях, среди которых будут разыгрываться все акты драмы "клетка и вирус".

...Если разглядывать сооружение издали, крепостная стена кажется состоящей из очень точно подогнанных друг к другу диких и обработанных камней, между которыми нет и малейшей щели. Однако, приблизившись, а то и вооружившись биноклем, замечаем, что она устроена совсем не так просто, как можно было бы подумать. Прежде всего, несмотря на достаточную толщину, она способна кое-что профильтровывать прямо сквозь себя. Кроме того, в ней множество щелей, через которые что-то проникает внутрь, а что-то ненужное выбрасывается вон.

От стены в глубь окруженного пространства отходят перегородки, которые играют важную роль в жизнедеятельности крепости. Они механически укрепляют саму стену, а также разделяют территорию крепости на небольшие, более или менее ограниченные пространства. Это не позволяет врагам скапливаться в больших количествах, что облегчает борьбу с ними. Кроме того, внутренние перегородки служат направляющими для потока разнообразных грузов, перемещаемых внутри крепости, и позволяют не ошибаться адресом и доставлять, например, топливо в котельную, а не, скажем, в ремонтную мастерскую. Наконец, в узких извилистых закоулках, образованных внутренними перегородками, есть специальные ловчие ямы — сосуды, наполненные сильнейшими ядами — ферментами. Проникшие сквозь заслон стражников враги, не зная плана города, попадают в такие ямы, а это практически смертельно. Правда, попасть в яму опасно и для защитников крепости: яды настолько сильны, что убивают все живое, однако свои туда в норме почти не попадают.

Неподалеку от каждой ловушки видны какие-то строения без окон и дверей, но с большим количеством проводов, выходящих из-под крыши. Поскольку биологические объекты не пылят, не дымят и к тому же работают бесшумно, только по проводам и можно догадаться, что это устройства для выработки энергии. В них сжигается (горение — быстрое окисление, но медленное окисление тоже может быть названо горением, поскольку конечные продукты оказываются такими же) все, что может гореть: и доставляемое топливо, и различный бытовой мусор, и тела врагов, угодивших в ловушки.

Зачем крепости-замку энергия? Проследим, куда тянутся провода, куда ее доставляют. Главные потребители — специализированные химико-технологические мастерские, в которых происходит синтез новых материалов. Зачем они нужны и что это за материалы? Если мы все еще в крепости-замке, то назовем эти материалы условно — разнообразные, необходимые для ремонта помещений и оборудования и строительства новых. Потом, когда мы оставим фантастику, назовем все это собственными именами.

Но часть проводов идет непосредственно к замку, где разместилось правительство автономного государства-крепости: здесь несколько министерств и ведомств, очень высокая производственная дисциплина и совсем нет волокиты и бюрократизма. Ни один чиновник не вмешивается в дела коллеги, но очень строго следит, чтобы его собственные распоряжения выполнялись быстро и четко. Непрерывным потоком несутся из замка курьеры. И все с какими-то документами. В них указания и чертежи, регламентирующие, кому, чего и сколько производить. Кто составляет эти документы? То, что мы сейчас скажем, не фантастика, а самая реальная реальность, но и до сих пор, хотя прошло уже более трех десятилетий, как этот механизм был открыт, многими воспринимается с недоверием.

В глубоких хранилищах замка, в наиболее защищенных помещениях (помимо описанных защитных укреплений эти помещения прячутся за стенами самого замка) сконцентрирована вся информация о том, из чего и как построена крепость, когда и как в ней необходимо что-либо ремонтировать или заменять, какую функцию должен выполнять каждый из наличных стражников, а также когда его следует отправить на покой.

Вся эта информация особым образом записана в генах. Подчеркиваем еще раз: гены располагают информацией, а не представляют собой, как когда-то думали, миниатюрные копии будущего изделия. Их можно сравнить с каталожной карточкой, содержащей описание предмета, выходные данные книги и т. д., но совсем не похожие ни на предмет, ни на книгу. Гены, определяющие характеристики одного порядка (например, внешность — цвет волос и глаз, смуглость кожи, форму ногтей и т. д.), собраны в один каталожный ящик, так называемую, хромосому.

В жизни все, конечно, сложнее, чем здесь написано, потому что, хотя хромосомы не имеют между собой видимых связей, они должны увязывать характеристики, определяемые генами, находящимися в разных хромосомах. Так, например, пигментация кожи (внешний признак, связанный и с цветом волос и с цветом глаз) обусловливается обменом одного из гормонов щитовидной железы, а это, сами понимаете, совсем другой каталожный ящик. Но организм с этим справляется.

Мы же сейчас остановимся на другой проблеме. Весьма интересно и важно понять, как осуществляется руководство созданием новых материалов. Сегодня общепринятая теория объясняет это так. Специальные курьеры, получив задание от представителей местной власти, являются в архив, отыскивают нужный каталожный ящик, а в нем — конкретную карточку, снимают с нее копию (сама карточка тут же возвращается обратно) и спешат с этой копией к месту работы. А там специалисты, следуя указаниям, имеющимся в копии, строят новую стену, электростанцию или ловчую яму.

Такая методика обеспечивает полную идентичность отремонтированного или вновь построенного участка стены или любого иного сооружения тому, что пришлось заменить. Идентичность формы, содержания и функции. И это очень важно, если вспомнить, что тело каждого из нас состоит из астрономического числа клеток — 1023. Представляете, что было бы, если бы при строительстве допускались даже совсем незначительные, в доли процента, отклонения? Тогда действительно мог оказаться правым Лысенко и рожь превращалась бы в пшеницу...

Разглядывая строение крепости-замка какой-то срок, можно заметить странное явление: в ней все, включая и само здание штаба и все надворные постройки, находится в постоянном движении. Оказывается, многочисленные рабочие заняты не столько ремонтно-восстановительными работами, сколько строят копии уже существующих сооружений. Да-да, через какое-то время на территории крепости все удваивается. И... из одной клетки становится две. Но нам очень трудно продолжать рассказ иносказательно, поэтому мы сейчас назовем все своими именами и опишем (правда, покороче) все еще раз, но уже на языке цитологии (от цито — клетка). После этого продолжение путешествия по крепости-замку приобретет новый смысл.

Итак, крепостная стена — это клеточная мембрана, вода вокруг нее — межклеточная жидкость, замок — ядро, стены его — ядерная мембрана, внутренние перегородки — эндоплазматическая сеть, ловчие ямы — лизосомы, электростанции — митохондрии, мастерские на территории — рибосомы (в них происходит синтез белка), ну а все остальное содержимое клетки — цитоплазма. Каталожные ящики с информационным материалом — хромосомы, карточки в них — гены, а работники, снимающие копии и доставляющие их в рибосомы, так называемые информационные РНК (иРНК).

После этого достаточно схематичного описания с привлечением толики фантазии мы приглашаем вас вновь посетить воображаемую крепость-замок. Впрочем, сейчас лучше назвать клетку городом-государством: крепостью она видится только издали, а замок оказывается на поверку карточным домиком, легко возводимым и также легко разрушаемым. Оправдано ли наше столь пристальное внимание к проблеме взаимоотношений вируса и клетки? Конечно. Ведь все мы состоим из клеток, а вирусов вокруг нас видимо-невидимо. Ну а кроме того, нам еще предстоит спор: существуют ли полезные вирусы. И чтобы он был аргументированным, интимные отношения вируса и клетки надо знать лучше.

Если первое знакомство с крепостью-замком можно было сравнить с разглядыванием фотографии, то теперь мы вас приглашаем посмотреть движущиеся картинки, кинофильм на ту же тему.

День и ночь кипит работа в городе-государстве. Это не праздный труд. Сохранить в целости все основные структуры, обновить их, выстроить новые, защититься от врагов, переработать массы питательных веществ, выбросить шлаки — и все это для того, чтобы выжить, выстоять, подготовиться к делению, провести его, дать жизнь двум новым клеткам. Разве не для того же трудится население любого другого города?

Из всех видов работ, которые ведутся в нашем городе-государстве, можно выделить три наиболее важных: превращение энергии, синтез больших молекул из более простых веществ и размножение путем самовоспроизведения и деления. Все эти виды деятельности мы уже подметили при первом знакомстве с клеткой. Теперь нужно рассмотреть их подробней, ибо в них — основа жизнедеятельности. Начнем с энергии.

Даже беглого знакомства с городом-государством было достаточно для того, чтобы сделать один очень важный вывод: клетка весьма сложно устроена. Биологи называют это упорядоченностью клеточной структуры. Действительно, нельзя не заметить удивительную, почти неправдоподобно сложную и вместе с тем прекрасную в своей целесообразности внутреннюю организацию клеток. Вся эта упорядоченность поддерживается непрерывным потреблением энергии, без которой вместо целесообразности возникает хаос, сложная структура клетки распадается, жизнь замирает, город-государство гибнет.

Не так ли и в настоящих городах, лишенных всех видов топлива, всех путей доставки энергии, замирают фабрики и заводы, останавливается транспорт, гаснут огни в домах, погибают жители, которым нечего есть, нечем обогреться, негде спастись.

Итак, жизнь клетки возможна только при непрерывном потреблении энергии. Откуда же поступает эта энергия и как она используется клеткой?

Все клетки можно четко разделить на две группы, разными способами добывающие себе энергию.

Клетки зеленых растений носят название аутотрофов. Они используют энергию солнечного света и с помощью этой энергии строят питательные вещества: углеводы, белки и жиры. Это первая группа. Во вторую входят клетки человека и животных. Эти клетки постоянно потребляют питательные вещества — углеводы, белки, жиры, запасенные аутотрофами, сжигают их как обычное топливо, а полученную при этом энергию используют для собственных нужд. Такие клетки называются гетеротрофами.

Нас одинаково интересуют и гетеротрофы и аутотрофы, так как и те и другие могут подвергнуться разбойничьему нападению вирусов. Мы видим, что энергия получается и используется в этих клетках по-разному. Сначала рассмотрим, как это делается в аутотрофах, поскольку накопленные здесь богатства в конце концов поглощаются гетеротрофами.

Для использования солнечной энергии у аутотрофов есть специальные образования — хлоропласты. Они расположены в цитоплазме клеток зеленых растений вблизи митохондрий и тесно связаны с ними в процессе работы.

Хлоропласты — это фабрики производства питательных веществ под действием солнечной энергии. Процесс этого производства называется фотосинтезом, в изучении которого выдающуюся роль сыграл великий русский ученый К. А. Тимирязев.

Часть накопленных при фотосинтезе веществ остается в кладовых города-аутотрофа, это его основные сокровища. Но некоторое количество этих богатств ему приходится расходовать на собственные нужды: ведь без энергии нельзя ничего сделать, даже упаковать и спрятать полученные ценности. Получение энергии для своих потребностей происходит в уже известных нам митохондриях; там при дыхании сгорает часть питательных веществ, накопленных растительной клеткой, и город-государство получает из этих силовых станций-митохондрий энергию для всей многообразной деятельности.

Какого рода энергия вырабатывается в митохондриях? Если продолжить сравнение клетки с настоящим городом, то надо признать, что ему выгоднее всего получать энергию электрическую — она одна способна обеспечить всем необходимым: и греть, и светить, и вращать моторы... Примерно также обстоит дело и в клетке. Здесь тоже имеется такой универсальный вид энергии, в который превращается при сгорании любое топливо. А образуется и накапливается эта универсальная энергия внутри химического соединения, называемого аденозинтрифосфорной кислотой (АТФ).

Распадаясь, АТФ превращается в аденозиндифосфорную (АДФ) или даже в аденозинмонофосфорную (АМФ) кислоту. При этом выделяется энергия. Поглощая же энергию извне, молекулы АМФ и АДФ вновь превращаются в АТФ, аккумулируя энергию в своих фосфатных связях.

Итак, в хлоропластах идет синтез веществ, в митохондриях — их сгорание. В этом и состоит сочетание работы двух важнейших энергетических "предприятий" растительной клетки.

Наиболее важным продуктом, который вырабатывает фотосинтетическая фабрика-хлоропласт, является... сахар. Да, да, весьма близкий к тому сахару, который мы все едим. На заводах его получают из сахарного тростника или свеклы, но в этих растениях он был синтезирован в хлоропластах. Для этого в фотосинтетической фабрике есть удивительные приспособления, извлекающие углерод из двуокиси углерода воздуха и использующие его для построения простейшей органической молекулы глюкозы. Из глюкозы затем создаются более сложные органические вещества.

Глюкоза растительных клеток — главное, а подчас и основное топливо, сырье для клеток-гетеротрофов, не имеющих фабрик-хлоропластов и не способных фотосинтезировать питательные вещества с помощью солнечной энергии.

Клетка-гетеротроф получает молекулы глюкозы в готовом виде. Если сжечь 1 грамм-молекулу (180 граммов) глюкозы, то при этом выделится 690 тысяч калорий тепла. Но в нашем городе все время постоянная температура, а такое количество тепла равнозначно взрыву, который уничтожил бы все. Как сделать так, чтобы получить ту же энергию, но не сразу, а постепенно, да еще в такой форме, чтобы можно было ее использовать во всех "предприятиях" и "учреждениях" города? Оказывается, что решить эту задачу нисколько не проще, чем научиться делать сахар из воздуха. Но и город-гетеротроф нисколько не примитивнее, чем аутотроф. Здесь тоже немало удивительных приспособлений и хитроумных механизмов, делающих возможным жизнь клетки-государства.

Извлечение солнечной энергии из глюкозы проходит в два этапа: на первом, называемом гликолизом, из одной грамм-молекулы глюкозы выделяется 20 тысяч калорий, на втором этапе — дыхании — 360 тысяч калорий. Таким образом, около 55 процентов всей энергии, заключенной в глюкозе (690 тысяч калорий), извлекается клеткой и используется для своих нужд. Это очень высокий показатель!

Мы говорили о том, что клетки-гетеротрофы пользуются питательными веществами клеток-аутотрофов. Аутотрофы превращают углерод воздуха в сахар, а гетеротрофы его сжигают. Но недаром говорят, что полярные противоположности сходятся! Оказывается, что процессы, происходящие в этих разных городах-государствах, различны лишь по знаку (+ или — а по существу весьма схожи.

Помимо CO2 воздуха и солнечной энергии, для накопления сахара городам-аутотрофам нужна вода. Об этом хорошо знают все, кто видел хоть раз в жизни какое-нибудь растение! Вода тоже служит своеобразным источником энергии, так как из нее при фотосинтезе удаляются электроны, а остающийся кислород выделяется в воздух. Вот почему так легко дышится вблизи растений, которые буквально очищают атмосферу, забирая из нее избытки CO2 и обогащая кислородом.

Итак, все началось с воды и Солнца, и все завершилось водой и солнечной энергией, аккумулированной в химических связях специальных молекул. Города ауто- и гетеротрофы не просто противостоят друг другу, не просто сосуществуют друг с другом, и нельзя сказать, что они существуют один за счет другого. Нет, все и проще и сложнее. "Солнце, воздух, хлорофилл" — назвал свою книгу К. А. Тимирязев. Кто не знает сегодня этих слагаемых жизни? Добавим сюда воду, и мы получим весь комплекс условий, необходимых для созидания растительных богатств мира. Но оказывается, что, потребляя эти богатства, клетки животных, города-гетеротрофы, создают возможность для деятельности новых городов — аутотрофов. В итоге сгорания сахаров выделяется все та же вода, да и переносчики электронов при фотосинтезе в хлоропластах и при окислении в митохондриях химически весьма сходны между собой. Видимо, совсем не ошибался великий И. Ньютон, когда говорил: "Природа проста!"

Правильность этого афоризма подтверждается еще одним обстоятельствам. 55 процентов солнечной энергии, заключенной в глюкозе, улавливается клеткой-гетеротрофом в полезной и удобной форме молекул АТФ. Еще раз отметим, что коэффициент полезного действия такой клеточной "котельной" весьма высок.

Самым главным устройством клетки-гетеротрофа, обеспечивающим ее энергией, служат уже хорошо знакомые нам "силовые станции" — митохондрии. Именно здесь происходит сложнейший процесс дыхания, в ходе которого осуществляется постепенное высвобождение солнечной энергии и немедленное ее связывание в молекулах АТФ. Никакой бесхозяйственности не увидишь в этих станциях. Напротив: строгая экономичность, великолепная "организация труда", аккуратность, последовательность, а потому и высокая "рентабельность".

Но могло ли бы это иметь место, если бы основные ферментные механизмы, непосредственно высвобождающие энергию и "пакующие" ее с помощью электронов, перебрасываемых от одного фермента к другому, в молекулы АТФ, были бы просто перемешаны в полости митохондрий? Конечно, нет!

Залогом успешной работы силовой станции города-гетеротрофа является строгая структурная организация, нисколько не меньшая, чем в фабрике созидания города-аутотрофа — хлоропласте. Не только связывать энергию Солнца, но и высвобождать ее можно с помощью высокой организации на базе совершенной техники! Сейчас уже хорошо известны внутренняя структура и механизм действия митохондрий, но это особый и очень специальный разговор.

Итак, мы кратко коснулись вопроса о том, как осуществляется энергетическое обеспечение жизнедеятельности клетки. Даже то, что уже известно, говорит о гармонии, но мы убеждены: будущее приведет к новым открытиям, свидетельствующим о поразительном порядке, целесообразности и совершенстве, которое царит в наших удивительных городах-государствах, пока они здоровы (!). Мы познакомились с энергетическим обеспечением жизни клетки. Но дальше станет очевидным, что и во всей иной деятельности царит такая же стройность и совершенство. И это неудивительно. Каждая клетка миллионы лет училась на своих ошибках в эволюции. Отбирались только самые ценные свойства. Все остальное нещадно уничтожалось.

Энергия необходима клетке прежде всего для синтеза молекул, то есть для строительства. Как же это происходит? Чтобы разобраться в этом вопросе, нам необходимо вновь посетить клеточное ядро и поближе познакомиться с правительством нашего города-государства.

Уже при первом знакомстве мы заметили, что "члены правительства" — молекулы ДНК постоянно меняют свой вид и форму существования в ядре. Период, когда они перестали плавать и начали строиться, приобретя форму четко обрисованных вытянутых палочек — хромосом, предшествовал началу клеточного деления — процессу, в итоге которого рождаются две новых клетки вместо одной старой. Как происходит это удивительное деление, мы рассмотрим чуть позже, а сейчас обратим внимание на деятельность молекул ДНК между двумя делениями.

В этот период ДНК хромосом развертывается в длинные нити, образующие в ядре нечто вроде кружева. Молекулы ДНК буквально купаются в ядерном соке, активно контактируя с ним и с его содержимым. Именно в это время мы и увидели их в первый раз.

Глядя на "купающихся" "членов правительства" нашего города-государства, мы и не подозревали, что как раз в это время они и руководят всем строительством белков в клетке, активно передавая свои приказы о том, что, как и где нужно возводить. Именно теперь они активно передавали свою информацию клетке, в то время как в хромосомах закрученные в тугую спираль нити ДНК лишь сохраняли эту информацию для будущих городов-государств.

Что же представляют собой эти странные "члены правительства", какую информацию они имеют и как передают ее клетке-государству?

После работы Д. Уотсона и Ф. Крика, выполненной еще в начале пятидесятых годов, не вызывает никаких сомнений, что молекула ДНК — это двойная спираль, состоящая из двух обвивающих друг друга цепей. Каждая цепь состоит из фрагментов — нуклеотидов, а поскольку их много, то вся цепь является полинуклеотидом (поли — много).

Таким образом, оказывается, что каждая молекула ДНК — это не просто "член правительства (министр)", а целый департамент — "министерство", где есть свои многочисленные "отделы" и "ведомства" (нуклеотиды). Как мы увидим дальше, состав этих отделов и определяет работу всего министерства в целом.

Каждый отдел министерства — нуклеотид состоит из трех химических соединений: сахара, фосфата и какого-либо основания (аденина, гуанина, тимина или цитозина). Каждое из этих веществ выполняет свою особую функцию: остов всей молекулы образуют чередующиеся между собой сахара (дезоксирибозы) и фосфаты, а азотистые основания присоединены к остатку сахара. Так устроена каждая цепь в отдельности, а удерживаются они друг против друга за счет водородных связей азотистых оснований, причем аденин одной цепи всегда соединяется с тимином в другой цепи, а гуанин — с цитозином. Это явление носит название комплементарности оснований.

Вот какое сложное сооружение — молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты! Но почему каждая такая конструкция несет свою особую информацию? Чем конкретно отличается информация одной хромосомы от информации другой и что такое, наконец, сама эта информация? О чем она?

Все эти вопросы волновали биологов многих поколений. Ведь ДНК известна с 1869 года, когда Ф. Мишер впервые выделил из клеточных ядер вещество со свойствами кислоты и назвал его нуклеином. Уже в то время знали, что нуклеин содержит азот (вспомните наши азотистые основания) и фосфор (фосфатные остатки), но никому из современников Мишера и в голову не приходило связывать это вещество с наследственностью, поскольку в то время даже о роли ядра в передаче наследственных свойств не было речи.

Какой гигантский путь прошла наука о клетке с момента открытия нуклеиновой кислоты в ядрах клеток в 1869 году и до сегодняшнего дня, когда пишутся эти строки и когда каждый школьник из учебника знает, что наследственная информация закодирована в структуре ДНК с помощью определенной последовательности азотистых оснований: три рядом расположенных основания определяют одну аминокислоту!

Итак, тайна могущества наших "министерств" начинает проясняться: сама структура молекул ДНК таит в себе запас памяти о том, как строить тот или иной белок в клетке, поскольку аминокислоты — кирпичики любого белкового здания.

Мы уже говорили, что основная масса клетки состоит из белков, а потому во всех клетках идет синтез белков, причем в одних — непрерывно, а в других — только на протяжении определенной части жизненного цикла. Несмотря на огромные различия в свойствах, все белки состоят из относительно простых молекул 20 аминокислот, и, следовательно, синтез белка сводится в конечном итоге к соединению отдельных аминокислот в длинные цепи.

Как мы видим, в синтезе белка действительно много общего с обычным городским строительством: конструкция (белок) собирается только из простых кирпичиков (аминокислот) по определенному плану (триплетный генетический код ДНК — три рядом расположенных азотистых основания кодируют одну из 20 аминокислот), который известен главному архитектору.

Как же соединяются аминокислоты друг с другом? Оказывается, универсальным цементирующим раствором является так называемая пептидная связь, при помощи которой карбоксильная группа (COOH) одной аминокислоты соединяется с аминогруппой (NH2) другой аминокислоты. Таким именно путем "собраны" все белковые агрегаты нашего города-государства.

Однако аналогии и на этом не заканчиваются. Дело в том, что на обычной стройке совершенно недостаточно иметь только кирпичи, цементирующий раствор и план строительства. Всем понятно, что без энергии строителей само по себе ничего не выстроится. Точно так же и в клетке. Пептидные связи не возникают сами по себе, если просто смешать разные аминокислоты. Синтезирующие системы клетки должны активно и энергично эти связи создать, и они их действительно создают.

Химизм этого процесса изучен сейчас достаточно подробно. На первом этапе происходит активация карбоксильных групп аминокислот с помощью... АТФ. Вот куда идет энергия, накопленная в клетке за счет разнообразных энергетических превращений. Мы подозревали, что АТФ будет играть важную роль в различных видах внутриклеточной деятельности, теперь мы видим эту роль воочию.

Итак, АТФ активирует карбоксильную группу аминокислот с помощью двух своих фосфатных групп из трех. Оставшийся после этого фрагмент — аденозинмонофосфат (АМФ) присоединяется к кислотной группе аминокислоты, и она становится способной образовывать пептидные связи. Кирпичики будущего белкового сооружения готовы к сборке.

Но теперь снова встает вопрос о плане строительства, вернее, не о нем самом, а о путях и способах его реализации. Мы оставили молекулу ДНК плавающей в ядерном соке, после того как выяснили, каким образом она заключает в себе план строительства — наследственную информацию. Теперь, когда АТФ активизировала кирпичики-аминокислоты и сборка белковых конструкций вот-вот начнется, необходимо выяснить, как план строительства станет известен на месте сборки, кто и как доставит его из ядра, от соответствующего "министра" к местам строительства.

О самом белке и способах его синтеза мы будем подробно говорить дальше. Но уже сейчас стоит заметить, что белок — основа всего, что есть в городе-государстве. Роль его в жизни клетки можно сравнить разве что с ролью металла в жизни механизма или машины. И хотя без энергии любой металлический станок — груда лома, но и без металлического тела нет машины, нет механизма.

Итак, в рибосомах синтезируется белок. Однако еще почти 50 лет назад, не зная об этой функции открытых ими гранул, Ж. Браше и Т. Каеперон обнаружили в них большое содержание особого вещества, названного рибонуклеиновой кислотой (РНК). Какая связь существует между этим веществом и синтезом белка? Помните, описывая крепость-замок, мы заметили, что не только из митохондрий тянутся "провода" в рибосомы, но из рибосом выходят какие-то "линии связи" и идут к центру города-государства, клеточному ядру. Причем было похоже, что связь рибосом с ядром скорее напоминает телефонную, чем ту, что обеспечивает поступление "тока" из митохондрий. Теперь мы можем убедиться в этом, поскольку общепризнано: синтез белка в рибосомах идет с помощью особых посредников, осуществляющих связь между ДНК ядра и рибосомами. И посредником является рибонуклеиновая кислота (РНК).

Даже само название говорит о том, что "посредник" является весьма близким родственником "министру", и действительно РНК построена по тому же принципу, что и ДНК, только вместо дезоксирибозы, здесь присутствует другой сахар — рибоза, а из азотистых оснований — вместо тимина — урацил.

Что дает это родство? Очень многое. Без этого родства РНК не смогла бы выполнить свою роль посредника в передаче информации молекулы "правительственной" ДНК.

Мы уже говорили, что генетический код — это определенная последовательность азотистых оснований в молекулярной цепи ДНК. При делении клеток в силу уже знакомой нам комплементарности та же самая последовательность воспроизводится в новой молекуле ДНК, ну а между делениями — в структуре молекулы РНК, являющейся как бы слепком с молекулы ДНК. Вот, оказывается, в чем состоит руководящая роль плавающих в ядерном соке ДНК.

Когда мы говорили о том, что ДНК между делениями активно отдает клетке свою информацию, то это и означало, что они "лепят" на себе строго соответствующие их генетическому коду молекулы информационной РНК. А это типичные матрицы, в которых набрано все содержание газеты, но которые сами газетами еще не являются. Процесс снятия слепков РНК с молекул ДНК называется транскрипцией.

Молекулы иРНК, несущие в себе закодированную информацию о последовательности аминокислот в будущих белках, которые надлежит построить, устремляются в фабрики белкового синтеза — рибосомы. Подобно другим, уже знакомым нам предприятиям города-государства, рибосомы представляют собой высокоспециализированные системы, состоящие из мембран и гранул, богатых РНК. 40 и даже 60 процентов общего веса рибосом приходится на РНК, и это вряд ли нас удивит после того, что мы узнали о роли этого вещества в синтезе белка.

Итак, из ядра в рибосомы попадают молекулы РНК, которые выполняют роль шаблона или матрицы для синтеза белков с определенной последовательностью аминокислот. Что же дальше? Как молекулы активированных аминокислот воспринимают указанную им последовательность расположения? Оказывается, что и этот процесс осуществляется с помощью молекул РНК, только других, получивших название транспортных.

Транспортные РНК — настоящие "прорабы" на стройке белка в городе-клетке. Они имеют низкий молекулярный вес, то есть несложно устроены и невелики, но, как и любые молекулы такого рода, имеют определенную последовательность нуклеотидов в своей цепи, а следовательно, в силу все той же специфичности оснований (комплементарности) способны "распознать" одну определенную аминокислоту и соответствующий ей специфический участок в молекуле матричной РНК. Не так ли и настоящий прораб знает в лицо каждого своего рабочего и место на стройке, где он должен трудиться и выполнять свои (и только свои) функции!

С помощью 20 различных транспортных РНК все аминокислоты после их активации АТФ занимают соответствующие места на матрице иРНК и образуют специфическую полипептидную цепь белка. Пептидные связи возникают между каждой парой соседних аминокислот и замыкаются одна за другой до тех пор, пока не закончится постройка белковой молекулы.

Мы уже не раз поражались экономичности, производительности и рентабельности всего того, что делается в клетке. Но все, что мы знали до сих пор, не идет ни в какое сравнение с тем, как фантастически быстро строится в клеточных рибосомах белок. Новые аминокислоты добавляются к растущей цепи со скоростью две аминокислоты в секунду, так что построение молекулы белка из 180 аминокислот заканчивается за 2,5 минуты. К сожалению, ни одна стройка в мире пока не может похвастаться такими темпами! Весь процесс реализации "замысла" о строительстве белка называется трансляцией.

Вот так, строго по плану, в соответствии с генетической программой идет постоянный синтез белковых соединений в клетке. Для чего он нужен? Прежде всего и больше всего, чтобы клетка могла разделиться. Ведь чтобы поделить поровну между дочерними клетками все "предприятия", "учреждения", запасы горючего и всякие иные богатства, да еще в таком количестве и ассортименте, которым располагала сама, клетке перед делением нужно удвоить свое содержимое. Впрочем, не все. Запасов топлива или количества рибосом и митохондрий в молодой клетке в первое время после деления может быть немного. Это не страшно, она наживет себе все необходимое самостоятельно. Но вот умных и знающих все планы строительства "министров" она сама вырастить не сможет, ведь они "учились" своему ремеслу многие миллионы лет, фактически всю историю эволюции этой клеточной семьи. "Членов правительства" каждая новая клетка должна получить точно в том количестве, которым располагала материнская. Иначе дочь не сможет выполнить ту жизненную программу, которая стоит перед ней. Вместо полноценной молодой поросли будет уродливое племя инвалидов.

Именно самоудвоение молекул ДНК перед делением является важнейшим фактором, обеспечивающим генетическую непрерывность жизни. Именно поэтому вновь появившиеся клетки так похожи на своих "родителей" и продолжают их жизненный путь, выполняя такую же работу и разрешая те же задачи.

Мы уже знаем, что в промежутках между делениями молекулы ДНК активно отдают свою информацию клетке, в результате чего там кипит бурное строительство белковых тел по строго заданному плану. Этот период у клеток животных и человека продолжается 10 — 20 часов. Но наступает пора готовиться к делению, и в клетке начинаются удивительные изменения. Теперь нам совершенно понятно, что на период деления (а он продолжается всего час!) всякая работа по выдаче генетической информации прекращается. Собственно, даже несколько раньше, только внешне это трудно заметить.

Итак, готовясь к делению, "министерства" города-государства перестают заниматься городским строительством, перестают высылать на места курьеров-посредников (иРНК) и полностью переключают внимание на самих себя.

Прежде всего молекулы ДНК обеспечивают себя достаточным количеством АТФ. Уж они-то великолепно знают, что без энергии никакой работы не совершишь. Затем происходит самое главное: молекулы ДНК удваиваются. Для этого они сначала раскручиваются, и каждая цепь молекулы строит себе (или на себе) вторую цепь, полностью соответствующую той, с которой рассталась. Запас ДНК удвоен, хватит на две дочерние клетки!

Наконец, на очереди последняя задача: перед началом деления синтезировать белки и накопить энергию для самого процесса деления — митоза, поскольку для этого необходим специальный митотический аппарат. И вот когда все подготовительные этапы завершены, начинается собственно деление клетки.

Сам митоз можно подразделить на четыре фазы.

Начальная стадия (профаза) — это все еще подготовка к делению. Молекулы ДНК уже упаковались в хромосомы и удвоились. Однако половинки удвоенных хромосом (так называемые сестринские хроматиды) еще удерживаются вместе специальной связкой (центромерой). Пока еще хромосомы — одно образование, хотя все вроде бы готово для их расхождения.

В самом конце профазы исчезает стена, отделявшая "правительство города" от всей остальной территории. Ядерная мембрана растворяется, и хромосомы, связанные попарно, оказываются в общей массе ядерных и цитоплазматических веществ — процесс деления захватил всю клетку.

Дальнейшая судьба спаренных хромосом зависит от так называемых центриолей. Эти крупные трехмерные образования, присутствующие в любой живой клетке, перед началом деления так же удваиваются и расходятся в противоположных направлениях, образуя своеобразные полюса. Всем известно, что линия, находящаяся на одинаковом расстоянии от полюсов, называется экватором. И вот именно в плоскость экватора и устремляются со всех сторон связанные между собой центромерами удвоенные молекулы ДНК.

Итак, хромосомы выстроились в экваториальной плоскости на равном расстоянии от полюсов. Эта стадия экваториальной пластинки носит название метафазы. Между центриолями на полюсах клетки и хромосомами устанавливается непосредственная связь, формируется так называемое веретено, нити которого тянутся от центрального участка каждой хромосомы к центр нолям.

Как поразительно изменился наш город-государство! Трудно даже представить себе, что странное образование с двумя полюсами, нитями веретена и множеством хромосом в экваториальной плоскости — это и есть та самая клетка, в которой так четко ядро отделялось от всей цитоплазмы, а в цитоплазматических гранулах-предприятиях кипела разнообразная, четко слаженная работа. Сейчас невозможно различить ни рибосом, ни митохондрий, ни лизосом, ничего, кроме... гигантского митотическогоаппарата, в который входят центриоли и нити ахроматинового веретена. Конечно, органоиды — предприятия не исчезли, но они не функционируют во время митоза, а потому и не видны. Они оттеснены на периферию территории клетки.

А откуда взялся митотический аппарат? Точно пока никто не знает, но, по-видимому, вещества, из которых он строится, разбросаны по всей клетке во время интерфазы и только в конце ее собираются и организуются под влиянием главных дирижеров митоза — центриолей.

Да, центриоли — главные дирижеры митоза. Они не только намечают полюса в делящейся клетке, но и устанавливают физические связи с каждой хромосомой, точнее с центромерой каждой хромосомы.

События достигают кульминации в конце метафазы. Все готово к рождению двух клеток вместо одной... Еще мгновение, и наступает самое главное: сестринские хроматиды отрываются друг от друга, и вновь рожденные самостоятельные хромосомы центромерами вперед устремляются к центриолям!

Расхождение хромосом составляет содержание следующей фазы митоза — анафазы. Хромосомы, как по команде, направляются к полюсам по ходу нитей — волокон ахроматинового веретена. Создается впечатление, что к нашему городу-государству подкрались с двух сторон два Гулливера и, схватившись за нити веретена, стали тянуть каждый в свою сторону полный набор клеточных хромосом, подобно тому, как подлинный Гулливер вытащил все корабли флота лилипутов, привязав к каждому тонкую нить.

По мере того, как хромосомы двигаются по прямым линиям к полюсам (скорость достигает 2 микронов в минуту при общей длине пути от 5 до 25 микрон), полюса тоже начинают удаляться друг от друга, увлекая за собой хромосомы. Вся территория города-клетки при этом меняется, клетка растягивается, стадия анафазы переходит в последнюю стадию митоза — телофазу.

Телофаза — заключительный акт гигантского спектакля, который разыгрался на наших глазах. Точно на уровне экваториальной плоскости возникает мембрана — граница, разделяющая друг от друга территорию двух новых городов. Хромосомы, собравшиеся у полюсов, отделяются от остальной территории города прочной защитной мембраной. Восстанавливается ядро, а в нем ядрышки.

Образовались две новые клетки, но, хотя они снабжены всем необходимым для жизни и работы, размер их мал, и нужна гигантская работа для того, чтобы они действительно во всем сравнялись с родительской. И вот, чтобы руководить этой работой, хромосомы деспирализуются, теряют четкие очертания и начинают вновь отдавать свою наследственную информацию, погрузившись в ядерный сок, где мы и застали их во время первого путешествия в ядро. Наступила интерфаза.

Итак, мы бегло познакомились с делением клеток, рождением новых городов-государств нашего удивительного царства живой природы. Не все клетки делятся. Многие после рождения выбирают путь чрезвычайного усложнения, специализации. Так возникают высокодифференцированные клетки (например, нервные). Но те клетки, которые вновь и вновь делятся, обманули время, познав секрет истинного бессмертия и бесконечно воссоздавая себя в новых и новых клеточных поколениях.

Мы только самым общим взглядом окинули клетку, выяснив, как она устроена, где берет энергию, каким образом строит молекулы и, наконец, делится. В каждом из этих вопросов легко можно утонуть, ибо далеко не все еще известно, а из известного мы сообщили самые необходимые сведения. Мы не можем больше задерживаться на этом, ведь наша книга посвящена не цитологии или генетике: главная наша задача — впереди! Мы описали здоровую, нормальную клетку в покое, работе, во время размножения. Но это все естественные физиологические ее состояния. К сожалению, у нее множество врагов, и один из самых коварных — герой нашего повествования — представитель царства Vira — маленький, но жестокий и беспощадный вирус. Как же он вредит клетке?

Теперь мы можем рассказать и об этом, правда, предпослав еще одно отступление — объяснение термина репродукция, которым обозначают процесс увеличения численности вирионов.

 

Глава седьмая. Многоактная пьеса "Клетка и вирус" (Часть вторая. "Вирус")

В 1963 году в Таврическом дворце в Ленинграде проходила сессия Академии медицинских наук. В ее повестке стоял один-единственный вопрос: современное состояние вирусологии. В докладах были проанализированы наиболее важные разделы общей и частной вирусологии. Громко и значительно прозвучали новые тогда молекулярно-биологические термины, и среди них наиболее часто: "вирусная репродукция". Именно этот термин вызвал сильное раздражение одного из крупнейших эпидемиологов страны, маститого академика, внесшего неоценимый вклад в теорию и практику борьбы со многими инфекционными болезнями. "Почему репродукция? — грозно вопрошал он. — Почему нужно обозначать этим словом процесс, который все привыкли называть размножением? Не есть ли это дань новомодным устремлениям с целью сокрыть истинный смысл?"

Такую реакцию можно понять. Внешне — с точки зрения биолога и врача (в частности, и эпидемиолога), между размножением вирусов, бактерий, простейших, рыб и любых других организмов — нет никакой принципиальной разницы. Особь родит подобное себе дитя! Точность, с которой это подобие поддерживается в мире вирусов, нисколько не меньшая, чем во всех иных группах живых особей. Ведь заражение ребенка вирусом кори никогда не приводит к "ошибочным" результатам, ни один ребенок никогда при таком заражении не заболел не корью (а гриппом или свинкой, например!). Так не бывает! Особь порождает себе подобное дитя. Повторяем: внешне в мире вирусов происходит так же, как и в других царствах живой природы. Почему же этот процесс нужно обозначать другим термином?

Прежде чем ответить на этот вопрос, необходимо отметить общие механизмы, которые лежат в основе любого вида размножения — и вирусного, и невирусного. Это матричный синтез. Именно он определяет биосинтез белков и нуклеиновых кислот. Его отличительная черта в том, что сама матрица, содержащая интегративную информацию в виде химической структурной записи, не входит в состав конечного продукта, возникшего под ее руководящим воздействием. По образному выражению В. А. Энгельгардта, матрица подобна "знаменитому мавру", который "сделал свое дело и может уйти".

Матричный синтез — основа биологической интеграции. Из полнейшего термодинамического хаоса (включающего, в частности, смесь нуклеотидов и аминокислот) он обеспечивает получение заданного и строжайше соблюдаемого порядка — химической структуры молекулы соответствующего полимера.

Все это так. Но если говорить о размножении любых клеточных организмов, то нельзя не отметить следующей важной особенности: матричный синтез всегда сочетается там с материальной преемственностью материнских и дочерних элементов. Мы только что это подробно разобрали. Обратим здесь лишь внимание на самое важное: материнская клетка перед делением удваивает генетические запасы, а затем разделяет их поровну между дочерними клетками. Материальная преемственность, таким образом, налицо.

В той или другой форме эта преемственность наблюдается при всех видах размножения и одно- и многоклеточных организмов. Это же касается и полового размножения: в дочерний организм попадают материальные частицы родительских половых клеток. Таким образом, матричный синтез, хотя и лежит в основе воспроизводства всех биополимеров, в том числе и самой ДНК, но не является единственным условием размножения клеточных организмов, поскольку сочетается с материальной преемственностью материнского и дочернего тела. Это и есть размножение.

Ну а вирусы? Снова повторим: внешне — все то же самое, но если вглядеться внимательней (что и сделала молекулярная биология вирусов за последние три десятка лет!), оказывается: матричный синтез в этом случае есть, а материальная преемственность между "родителями" и "детьми" полностью отсутствует. И это вирусная репродукция. Самое главное в ней то, что вирусная нуклеиновая кислота не только несет в себе запас наследственной информации, но и является непосредственным инструментом ее выражения, выступая в роли инициатора процесса раскрытия генетического рода. Вот почему на сессии, с описания которой мы начали этот раздел, на реплику академика-эпидемиолога: "Почему репродукция, а не размножение", другой академик — молекулярный биолог ответил: "Именно репродукция, и никак иначе!"

Итак, вирус — не обычный микроб, который просто размножается. Вирус — это особый биологический индивид, этакий монстр, который вроде бы и размножается, но в то же время делает это все совсем не так, как все другие живые существа. В итоге новые поколения вирусов — по существу не дети поразивших клетки материнских, родительских особей, а безусловные их братья и сестры.

Столь своеобразная форма создания себе подобных, естественно, связана с молекулярной организацией вирусной частицы. По современным представлениям, вирусы не столь очевидно голы и безоружны, как это казалось после работ У. Стенли с кристаллами нуклеопротеида ВТМ (вируса табачной мозаики) середины 30-х годов. В составе разных вирусов найдено некоторое количество ферментов. И тем не менее вирус без клетки размножаться не может: и ферментов недостаточно, и, главное, нет рибосом, то есть "фабрик" для синтеза своего собственного белка. Отсутствие рибосом характерно, правда, еще и для риккетсий и хламидий — ближайших "соседей" вирусов по иерархической лестнице микромира. Именно поэтому все они (и вирусы, и риккетсии, и хламидии) не растут на искусственных питательных средах, как бактерии, плесени или грибки и используют для своего размножения живые полноценные клетки.

Вот почему так трудно выделить от больного человека, животного или растения живой вирус, вот почему содержать вирусологическую лабораторию намного дороже, чем бактериологическую. Ведь и куриные эмбрионы, и клеточные культуры, и лабораторные животные намного дороже искусственных питательных сред, в которых накапливаются бактерии. И не только накладнее, но и хлопотнее, хотя бы потому, что животных надо кормить регулярно, даже в выходные дни, а автоматов для этого пока не придумали. Да и помещений вирусологической лаборатории нужно значительно больше, и требования к их обустройству более жесткие.

Намного дороже содержать вирусологическую лабораторию не только из-за животных, но и оборудования. По этому показателю ее и сравнивать с бактериологической нельзя. Электронные микроскопы, ультрацентрифуги, сцинцилляционные счетчики стоят в сотни раз дороже, чем самая совершенная аппаратура для исследования бактерий.

Будет ли так всегда? Не станет ли возможным биосинтез вирусов в пробирке (in vitro) без клеток? В принципе такого можно ожидать, но это будет означать, что в пробирке удалось воспроизвести условия, которые реально существуют только в целой, да еще чувствительной к данному вирусу клетке. Дело это огромной сложности и неменьшей важности.

Именно об этом говорил на уже упоминавшейся нами сессии Академии медицинских наук СССР в 1963 году академик Л. А. Зильбер: "Только с созданием системы бесклеточного синтеза вируса отпадут опасения в том, что с вирусными вакцинами в организм человека не попадет при иммунизации нечто постороннее. Такая система будет знаменовать собой подлинную революцию в вирусологии".

За прошедшие с того времени 25 лет мы еще не дожили до такой революции. Клетка остается пока единственным монопольным "хозяином" вирусного размножения. Вне клеток животных, человека, куриных эмбрионов, тканевых культур репродуцировать вирус пока не удается, и это делает систему вирус-клетка в известном смысле слова центральной фигурой вирусологии. Неудивительно, что изучению взаимодействия вирусов и клеток посвящено огромное количество научных работ, которые в своей совокупности составляют главу в современном учении о вирусах. Даже генная инженерия принципиально не изменила этой проблемы. Она лишь создала возможность синтезировать вирусные белки в клетках микроорганизмов. Но опять-таки в клетках!

Как же происходит вирусная репродукция?

Мир вирусов огромен и многолик. Только непосвященным вирусы кажутся одинаковыми существами. На самом же деле, сказав вирус, мы почти ничего конкретно не сказали, так же, как если бы произнесли слово животное, не уточнив, какое животное имели в виду. Между вирусами полиомиелита и оспы, наверное, не меньше различий, чем между рыбами и птицами.

Но в воспроизводстве, размножении, а точнее — репродукции вирусов, и мы уже говорили об этом, есть важные общие черты. Именно это в значительной степени и делает разные вирусы членами одного биологического сообщества — царства Вира и позволяет в учебнике по вирусологии следующим образом подразделять главу, называющуюся "Репродукция вирусов":

адсорбция;

проникновение вирусов в клетку;

транскрипция;

трансляция;

репликация;

сборка вирусных частиц;

выход вирусных частиц из клетки.

Итак, взаимодействие вируса с клетками — многоэтапный процесс, и первым из них является адсорбция. Но прежде чем ее характеризовать, позволим себе немного пофилософствовать.

В известном смысле любое соприкосновение вирусной частицы с клеткой может рассматриваться как взаимодействие. Нет никаких сомнений, что такого рода взаимодействий было несметное множество, даже когда мы писали эти строки, а любой (и каждый) наш читатель удостаивал их своим вниманием. Однако и мы дожили до конца работы, и читателю ничто не помешает дойти до последней страницы нашего скромного труда, а это свидетельствует о том, что никаких пагубных биологических последствий такое взаимодействие не вызвало.

К сожалению, взаимодействие вируса и клеток не всегда заканчивается столь благополучно. Контакт вируса с клеткой может привести (и часто приводит!) к возникновению весьма своеобразного биологического монстра — системы вирус-клетка, к которой как нельзя лучше подходят . все упоминавшиеся нами рассуждения Берталанфи об "и" и его роли в интеграции.

Мы уже говорили об удивлении как основе познания, без чего невозможно ничего открыть и, по-видимому, нельзя быть ученым. Лауреат Нобелевской премии Д. Кендрью, открывший молекулярную структуру белка миоглобина, отмечает, что именно удивление было его первой реакцией на рентгенограмму человеческого волоса. И было настолько сильным, что послужило первым толчком к занятиям биологией, причем именно изучению больших молекул, входящих в состав живых организмов.

Система вирус-клетка не может не удивлять. В ней причудливо переплелись свойства двух самостоятельных организмов, это своего рода гибрид, химера, странный, но достаточно стойкий комплекс, ни в коей мере не сводимый к слагающим его компонентам.

Несмотря на огромное разнообразие клеток и вирусов, их взаимодействие друг с другом протекает по одному из следующих типов: автономному или интегративному... Мы написали эти термины и осеклись, как это было уже неоднократно... Как безжалостно сухи бывают слова, кратко обозначающие целые вехи истории. Два типа взаимоотношений вирусов и клеток: один и другой. А какими словами обозначить тот путь, который прошла наука, а точнее и проще — люди науки, прежде чем мы смогли так просто написать эту фразу...

Мы хорошо знаем о том, что честь открытия первого вируса принадлежит сотруднику кафедры физиологии растений Петербургского университета Д. И. Ивановскому. Он был командирован в Крым (случилось это в конце прошлого века), чтобы узнать, почему гибнут плантации табака. Сначала на табачных листьях проступали жилки, потом — мертвенные пятна; листья покрывались зелено-желтой мозаикой и опадали на землю...

Ивановский решил выделить микроб опустошительной табачной мозаики. Он процеживал заразный сок через фарфоровые фильтры с мельчайшими отверстиями: они пропускают жидкость, но задерживают бактерии. Бактерий не было, а процеженный сок (отфильтрованная жидкость) оставался столь же заразным. Что это — сверхмалый микроб? А может, просто ядовитая жидкость? Ивановский настаивал: это особые сверхмалые микробы, именно поэтому они проходят через фильтры.

Позднее их назовут фильтрующимися вирусами. В электронном микроскопе получат первые фотографии "дедушки царства Вира" — вируса табачной мозаики. Но это будет позднее.

А с самого начала было ясно, что новый сверхмалый микроб не может размножаться без клеток. Это было очевидно, но прошло очень много лет, пока стало ясно содержание драмы "вирус — клетка". Впрочем, хватит философствовать, наша драма многоактна. Акт первый: адсорбция.

Строго говоря, адсорбироваться вирусы могут (и безусловно, это делают!) не только на клетках, а... на чем угодно, в силу электростатического взаимодействия положительно и отрицательно заряженных группировок, расположенных на поверхности вируса, с одной стороны, и на любой поверхности, в том числе и клеточной — с другой. Ясно, что этот процесс неспецифичен. Но... вирус гриппа заражает человека, попав на слизистую верхних дыхательных путей, и совершенно безопасен при нанесении на кожу, например. Полиомиелитом нельзя заразиться иначе, чем проглотив его возбудителя и т. д. В чем тут дело?

За неспецифической стадией адсорбции наступает высокоспецифическая, когда белки поверхности вируса (так называемые прикрепительные) соединяются со специфическими группировками (рецепторами) на плазматической мембране клетки, если, конечно, такие рецепторы на этих клетках имеются. Для вируса гриппа, например, на слизистой верхних дыхательных путей они есть, а на коже нет. Именно поэтому грипп — респираторная инфекция, а полиомиелит — кишечная (во всяком случае — по методу заражения или, как говорят эпидемиологи, по входным воротам инфекции).

Мы не будем рассматривать структуру рецепторов на разных клетках и свойства прикрепительных белков представителей разных рибо- и дезоксирибовирусов. Скажем лишь: что в своей совокупности эти сведения достаточно точно и полно объясняют явление тропизма вирусов к одним тканям, устойчивость тех или иных клеток и вирусам и, наконец, видовую устойчивость или, наоборот, чувствительность к вирусным инфекциям. Почему, например, пикорнавирусы (возбудители полиомиелита и полиомиелитоподобных инфекций) поражают только приматов, а тогавирусы (возбудители клещевого и комариного энцефалитов) — и млекопитающих, и членистоногих, и человека? Да потому, что соотношение структуры прикрепительных вирусных белков и клеточных рецепторов не позволяет пикорнавирусам выйти за пределы отряда приматов, а тогавирусам дает возможность легко перешагнуть границы типов и проникать в клетки как позвоночных, так и беспозвоночных.

Итак, адсорбция прошла. Что же дальше? Дальше — проникновение вируса в клетку. Исторически сложилось представление о том, что вирусы могут проникать в клетки либо путем так называемого виропексиса, либо путем слияния вирусной и клеточной мембран. Вряд ли правильно говорить либо — либо. По-видимому, оба эти механизма не столько исключают, сколько дополняют друг друга. Понятно также, что каждая система вирус-клетка характеризуется своим индивидуальным способом проникновения нарушителя границы клеточного государства.

Современные руководства по вирусологии буквально переполнены описанием подробностей каждого такого отдельного разбоя, и только в некоторых из них содержатся отдельные попытки прописать лекарства, защищающие клетки от гибели. Мы имеем в виду химиотерапевтические средства, к сожалению, крайне немногочисленные в вирусологии. Но об этом — в другом месте. Сейчас в нескольких словах охарактеризуем самое главное — проникновение вируса в клетку.

Термин "виропексис" предложил в 1948 году видный вирусолог австралиец венгерского происхождения Ф. де Сент-Гроот. Это не что иное, как разновидность пиноцитоза (или эндоцитоза), то есть обычного механизма поступления в клетку из внешней среды питательных и регуляторных белков, гормонов и других высокомолекулярных веществ. В отдельных участках цитоплазмы, в особых ямках, где располагаются специфические рецепторы, после взаимодействия с вирусом возникают выпячивания (инвагинации). Затем эти выпячивания замыкаются и образуются внутриклеточные вакуоли, содержащие в себе проникшее в клетку вещество, в частности, вирус, если это был он.

Вакуоли сливаются между собой, образуя крупные внутриклеточные полости, соединяющиеся затем с лизосомами. Вы помните об эти стражах постоянства внутренней среды клеток, наполненных разнообразными ферментами? Теперь мы их видим в работе: содержимое лизосом изливается в вакуоли, и начинается эффективная ферментативная переработка. Белки разлагаются до аминокислот, нуклеиновые кислоты до отдельных мононуклеотидов и т. д. Казалось бы, лизосомы должны в порошок растереть непрошеных гостей, ведь вирусы — типичные нуклеопротеиды! Но этого не происходит. Напротив, лизосомы своими ферментами помогают вирусной мембране слиться с клеточной, выстилающей внутреннюю полость вакуоли. Вот почему мы говорили о том, что механизмы виропексиса и слияния мембран вируса и клетки не противоречат, а дополняют друг друга.

Итак, мембраны слиты! В одних системах вирус — клетка это известно до мельчайших подробностей, в других — только начинает изучаться. Например: какой из вирусных белков является белком слияния? По-настоящему он идентифицирован только у пара- и ортомиксо-вирусов. Так, у вируса кори или парагриппа (оба — парамиксовирусы) им является один из двух гликопротеидов, находящихся на поверхности вирусной частицы. У вируса гриппа (ортомиксовирус) функцию белка слияния выполняет малая субъединица гемагглютинина — важнейшего поверхностного антигена этого возбудителя. Так или иначе, но этот процесс происходит при проникновении в клетки любых вирусов.

Итак, все сказанное подводит нас к главнейшему событию, без которого не может начаться вирусная инфекция — "раздеванию", высвобождению вирусного генома от белкового покрытия. Условия для такого раздевания создаются всеми предшествующими, описанными нами процессами: связыванием со специфическими рецепторами, проникновением в клетку, слиянием мембран.

Не отвлекаясь на частности (а великое множество их уже известно и еще более неизвестно), можно сказать, что вирус, проходя внутрь клетки, раздевается постепенно, сбрасывая по мере своего взаимодействия с клеткой одну одежду за другой, стремясь обнажиться до такой степени, которая позволит ему начать смертельный для клетки "танец": для одних вирусов такими продуктами являются сердцевины вирионов, в других — нуклеокапсиды, в третьих — нуклеиновые кислоты. Но во всех случаях критерием достаточной для начала инфекции степени раздевания вируса является способность начать транскрипцию.

Рис. 5. Жизненный цикл ретровируса. А — белок сердцевины; Б — гликопротеин оболочки; В — клеточная мембрана; Г — обратная транскрипция

Нам не нужно здесь объяснять, что такое транскрипция — мы говорили об этом выше, путешествуя по клетке. Напомним, что центральная догма молекулярной биологии клетки выражается формулой: ДНК (транскрипция)→РНК (трансляция)→белок.

То, как реализуют свою генетическую информацию вирусы, называют — стратегией вирусного генома (!). (Заметим: это не наше выражение, мы заимствуем его из обширной литературы по молекулярной вирусологии.) Стратегия генома ДНК-содержащих вирусов в отношении синтеза иРНК та же самая, что и у клетки (ДНК→РНК→белок). Стратегия та же! А тактика?

Тактика различна у разных групп вирусных агентов. Большинство ДНК-содержащих вирусов, во всяком случае все, репродукция которых происходит в ядре (паповавирусы, аденовирусы, вирусы герпеса), используют для своей транскрипции клеточный фермент полимеразу (точнее: ДНК-зависимую РНК-полимеразу). Именно она на матрице вирусной ДНК строит комплементарную ей информационную иРНК. Вот она — молекулярная структура вирусного паразитизма, молекулярное выражение разбойного поведения вируса, проникшего в клетку-государство и использующего его "правительственный аппарат" для своих злодейских целей!

Большие ДНК-содержащие вирусы (оспы, например) размножаются не в ядре, а в цитоплазме пораженных клеток, и в силу этого не могут для своей транскрипции использовать клеточный ядерный фермент — полимеразу. Но у них есть свой собственный (вирионный) фермент ДНК-зависимая РНК-полимераза, которая и начинает транскрипцию. Заметим, что это, конечно, показатель большей самостоятельности, чем та, которая есть у "ядерных" ДНК-содержащих вирусов. Но разбойный паразитический нрав этого агента нисколько не тише, чем у его более мелких по размерам собратьев. У него, как и у них, нет своих рибосом, а потому он не может сам синтезировать свои белки и является таким же клеточнозависимым паразитом. Но на этапе транскрипции, причем именно на самой ранней ее стадии, он более автономен, имея в своей структуре некоторый "набор отмычек", если хотите.

Иначе обстоит дело с транскрипцией РНК-содержащих вирусов (рибовирусов). Здесь хранителем генетической информации является не ДНК, а другая нуклеиновая кислота, РНК. Ясно, что центральная догма молекулярной биологии ДНК→РНК→белок здесь не может применяться, как говорят физики, по определению. Как же тут происходит транскрипция? Очень по-разному, у разных групп рибовирусов. А то, что они очень разные, вытекает хотя бы из того, что по структуре и свойствам своего генома они делятся на несколько очень разных групп.

Группа первая. Рибовирусы с позитивным геномом (или плюс-нитевые вирусы). Сюда относятся пикорна-, тога- и коронавирусы. У этих агентов сам геном, сама вирионная РНК выполняет функции иРНК. У них вообще нет транскрипции! Формула их жизни необычайно проста: РНК→белок.

У второй группы рибовирусов геном не может выполнять функций иРНК. Это так называемые минуснитевые вирусы (или вирусы с негативным геномом). Сюда относятся ортомиксовирусы (вирус гриппа), парамиксовирусы (корь, парагрипп, паротит и др.). У этих агентов транскрипция имеет место. При этом иРНК строится на матрице вирионной РНК и является, естественно, комплементарной ей. Передача генетической информации у этих вирусов происходит по формуле РНК→РНК→белок.

Фермента, который мог бы синтезировать РНК на матрице другой РНК, то есть РНК-зависимой РНК-полимеразы, в клетках нет и быть не может (мы помним, что в ядрах клеток происходит постоянный синтез иРНК, но на ДНК-вых матрицах, и делает это фермент ДНК-зависимая РНК-полимераза). Этот фермент вирусы с негативным геномом приносят с собой, оказывается, он есть в структуре вириона, это вирионная транскриптаза, или вирионная РНК-зависимая РНК-полимераза. Такие ферменты были открыты в составе парамиксо- и ортомиксовирусов в 70-е годы, и это открытие сделало понятным, как может реализоваться формула РНК→РНК→белок.

Наконец, к рибовирусам относятся и так называемые ретровирусы, в составе которых есть уж и вовсе диковинный фермент РНК-зависимая ДНК-полимераза, которая строит ДНК по матрице... РНК. Эти вирусы живут по формуле РНК→ДНК→РНК→белок.

О ретровирусах, РНК-зависимой ДНК-полимеразе (обратной транскриптазе, или ревертазе) и удивительной формуле, дополнившей основную догму молекулярной биологии Уотсона и Крика, мы будем говорить особо. Отметим только: иРНК ретровирусов гомологична геномной вирионной РНК (а не комплементарна ей, как у вируса гриппа, например), а потому ретровирусы так же, как и пикорнавирусы, относятся к плюс-нитевым. Но сколь разные структуры и свойства скрываются за этим подобием! Поистине даже подтип рибовирусовтаит в себе гигантское многообразие семейств, родов и видов по самым кардинальным молекулярно-генетическим параметрам. А ведь есть еще и второй подтип — дезоксирибовирусов: ДНК-содержащие вирусы!

Сначала отметим, что представители самых крупных по размерам вирионов ДНК-содержащих вирусов — вирусов оспы и иридовирусов — репродуцируются в клеточной цитоплазме, и, следовательно, там же и происходит транскрипция их генома. Мы уже теперь хорошо знаем, что для транскрипции ДНК (иными словами, для синтеза иРНК на матрице ДНК) нужен фермент РНК- полимераза, зависимая от ДНК. Вирусы охотно пользуются для этих целей клеточными ферментами, подставляя свои матрицы под действие энзима клетки. Но для этого необходимо, чтобы там, где происходит репродукция данного вируса, этот фермент был. В цитоплазме такого клеточного фермента нет и быть не может, это чисто ядерный фермент.

Как же происходит тогда транскрипция генома этих вирусов, репродуцирующихся в цитоплазме? Одним единственно возможным способом, за счет активности фермента ДНК-зависимой РНК-полимеразы, содержащегося в структуре самого вириона (вирионной транскриптазы). Другие ДНК-содержащие вирусы (папова, адено, герпес, парво, гепадно), репродуцирующиеся в ядрах, транскрибируют свой геном за счет ядерных транскриптаз (ДНК- зависимых РНК-полимераз) клетки.

Так по-разному своими собственными, подчас неповторимыми путями вирусы транскрибируют свои геномы, и в клетках появляются вирусспецифические иРНК, способные транслировать в клеточных рибосомах вирусные белки.

Мы помним, что трансляцией называют процесс перевода генетической информации, содержащейся в иРНК, в специфическую последовательность аминокислот. Сама по себе трансляция — сложный, но достаточно хорошо изученный процесс. Известно, что происходит она в рибосомах (и только в них!) и проходит в три фазы: инициации, элонгации и терминации.

Не будем их описывать, это сделано в учебниках по молекулярной биологии. Нам важно другое: выяснить, как реализуется стратегия вирусного генома при трансляции в клеточных рибосомах вирусных белков.

У вируса должна быть своя стратегия, причем весьма "хитроумная", так как количество вирусных иРНК всегда значительно уступает количеству клеточных, и, следовательно, недостаточно просто наготовить свои молекулы, надо еще избирательно подавить трансляцию клеточных иРНК. Чтобы это сделать, надо хорошо "знать", как вообще начинается (инициируется) трансляция в рибосомах, и затем использовать это "знание" для своих целей. Стратегия вирусного генома как раз все это и предусматривает.

Инициация вообще является наиболее ответственным этапом трансляции. Именно в этот период рибосома должна "узнать" иРНК и связаться с ее особым участком. Трансляция начинается, когда к комплексу иРНК с малой рибосомальной субъединицей присоединяются так называемые инициаторные белки. Их по крайней мере три — в прокариотических (не обладающих типичным клеточным ядром и хромосомным аппаратом) клетках и более девяти в эукариотических (у которых тело клетки дифференцировано на цитоплазму и ядро). Таким образом, в каждой клетке имеется как бы пульт управления процессами трансляции: все иРНК, как правило, находятся в избытке, а инициаторные белки регулируют, какой вид трансляции и когда должен протекать.

Вирус вводит свои вирусспецифические инициирующие факторы, которые проводят "дискриминационную политику", создавая условия для избирательной трансляции вирусных иРНК. Трансляция клеточных иРНК полностью или частично прекращается, и тогда клетка более или менее быстро может погибнуть, либо совсем не подавляется, и тогда клетка продолжает жить и функционировать, несмотря на вирусную инфекцию. Но в любом варианте трансляция вирусных белков имеет режим наибольшего благоприятствования, и биосинтез структур чуждого для клетки организма, "тела" ее врага, клеточные рибосомы исправно осуществляют. Вот какова стратегия вирусного паразитизма!

Мы не будем говорить о деталях процесса трансляции вирусных белков. В одних случаях синтезируется один гигантский белок — предшественник, который потом нарезается на отдельные белки зрелого вириона (ведь у любых вирусов индивидуальных белков бывает много: от трех до нескольких десятков); в других — изначально раздельно синтезируются индивидуальные белковые молекулы. Почти во всех случаях белки подвергаются так называемой посттрансляционной модификации: изменяются за счет включения в их состав углеводов, сульфатных групп, молекул жирных кислот и т. д. Это тоже элементы стратегии вирусного генома, но лишь элементы. Главная задача вируса состоит в том, чтобы захватить клеточные рибосомы и заставить работать на себя. С этой задачей вирусный геном успешно справляется, сохраняя свой собственный вид и ставя под угрозу или попросту уничтожая клетки хозяина.

Итак, в итоге транскрипции и трансляции созданы вирусные белки. Теперь остается рассмотреть, как происходит синтез молекул нуклеиновой кислоты, гомологичных геному, чтобы в общих чертах понять финал драмы вирус — клетка. Синтез таких молекул носит название репликации.

Строго говоря, этот термин не является синонимом слов размножение и репродукция. Хотя нередко можно прочитать или услышать: "вирусы реплицируются" (при этом имеется в виду, что они размножаются). Но точнее, по существу, репликацией следует называть именно синтез новых, гомологичных исходной молекул нуклеиновой кислоты.

Из описания жизни клетки-государства мы должны помнить, что в клетке происходит репликация ДНК, в результате чего образуются дочерние двунитевые ДНК — знаменитые двойные спирали Уотсона и Крика. Как происходит этот процесс в клетке — известно достаточно хорошо, но так ли реплицируется вирусный геном?

Если у вируса двуцепочечная ДНК, а таких большинство (это и папова-, и адено-, и герпесвирусы и семейство вирусов оспы), то механизм репликации просто идентичен такому в клетке. С той лишь, однако, существенной оговоркой, что реплицируют ДНК вируса клеточные ферменты. А в остальном все точно так же: полинуклеотидные цепи двойной спирали ДНК расплетаются, и образуются две новые двойные спирали, каждая из них состоит из одной родительской и одной вновь синтезированной цепи.

Ученым понадобились многие десятилетия, чтобы раскрыть эту тайну жизни, тайну размножения, тайну передачи наследственных свойств. Через наивные, а подчас и мистические представления о природе похожести детей на родителей, через эмпирические наблюдения и строгие, но частные эксперименты, человеческий ум совсем недавно постиг тайну тайн живой природы, секрет двойной спирали ДНК и ее репликации, лежащей в основе всех видов размножения.

Вирус превзошел эту премудрость многие миллионы лет назад, научившись жить в живых клетках. Мастерски подставляя свой ДНК-овый геном под действие комплекса клеточных ДНК-синтезирующих ферментов, он теми же способами, теми же механизмами достигает собственных целей, реплицирует свой геном, продолжает жизнь своего биологического вида. Обманутая им клетка, может, мы уже упоминали об этом, и сразу погибнуть, и долго болеть, погибая постепенно, и вовсе не погибать, "делая вид", что ее не касается то, что в ней самой происходит. Именно так возникают латентные и хронические инфекции, в которых вирус или вирусный геном персистируют. Это тоже, конечно, репродукция с репликацией генома, но качественно иная, как бы растянутая во времени, как при замедленной киносъемке...

Впрочем, все это относится ко всем вирусам вообще, а мы говорим пока о репликации генома ДНК-содержащих вирусов. Их геномы реплицируются так, как ДНК обычных клеток. Есть, конечно, особенности, но они носят частный характер. Так, у некоторых ДНК-содержащих вирусов геном представляет собой кольцевую двунитевую структуру (например, у вирусов группы папова). В этом случае ферменты разрезают одну из нитей ДНК, это приводит к раскручиванию молекулы, снятию так называемых супервитков, и возникает обычная (точнее — типичная) линейная структура ДНК, а далее — все как у Уотсона и Крика, так называемым полуконсервативным способом, суть которого описана выше.

Есть вирусы, правда, их меньшинство, с однонитевым ДНК-овым геном (семейство парвовирусов). Но и эти, казалось бы, "инвалиды", поступают типично, хотя и с ухищрениями. До репликации на матрице единственной цепи ДНК генома этих вирусов с помощью опять-таки клеточных (!) ферментов строится комплементарная ей нить ДНК, и возникает типичная, хотя и временная, двойная спираль. Это сооружение недолговечно, оно служит только для репликации, из него выходят вирусы, содержащие только одну нить ДНК (как и их "родители"). Структуры эти носят название репликативных форм. Весьма примечательно, что хоть на время, но возникают стандартные двуспиральные комплексы, в которых идет репликация. Природа во всем своем разнообразии опирается на оптимальные решения и конструкции. Двойная спираль является одним из таких оптимумов.

Все, что говорилось до сих пор, касалось ДНК-содержащих вирусов. Ну а как реплицируются геномы их РНК-содержащих собратьев? В этом случае — все так и все иначе. В клетке нет и не может быть ферментов, способных реплицировать РНК. Поэтому все ферменты, участвующие в этом процессе, — вирусспецифические. В основном это те же транскриптазы, только модифицированные...

Мы уже не раз говорили, как разнообразно подцарство рибовирусов: сколь различен геном у разных их представителей, как по-разному идет у них транскрипция и трансляция. Нет идентичности, конечно же, и в процессе умножения их генетического материала, то есть репликации. Но мы надеемся, что теперь-то читатель нам поверит: при всем разнообразии деталей — итог один — масса геномной РНК в инфицированной клетке увеличивается, число копий геномной РНК резко возрастает, а сама репликация проходит все в тех же излюбленных природой формах, в репликативных комплексах (только на этот раз РНК→РНК).

Итак, мы почти дошли до финала. В клетке, пораженной вирусами, наработаны порознь (в разных структурах клетки) вирусные нуклеиновые кислоты и вирусные белки. Вирусные нуклеиновые кислоты синтезируются в ассоциации с клеточными структурами, которые расположены вдали от рибосом, где происходит наработка вирусных белков. Им предстоит еще найти друг друга, узнать и объединиться, чтобы стать вирусом.

Ничего подобного природа не знает! Наивные представления средневековых схоластов о гомункулюсе, маленьком человечке, все внутриутробное развитие которого сводится к тому, что он растет и становится все больше и больше, можно если не понять, то по крайней мере оправдать: никто ведь не видит своими глазами эмбрион как таковой! Но кому может прийти в голову, что при размножении голова образуется где-то в одном месте, ноги в другом, а туловище — в третьем, а потом это все собирается в одно тело?

Рис. 6. Морфогенез вируса гриппа. 1 — скопление нуклеокапсидов вируса в нуклеоплазме; 2 — скопление нуклеокапсидов вируса в гиалоплазме; 3, 4 — этапы формирования вирусного рибонуклеопротеида; 5 — 7 — предполагаемые этапы формирования овальных вирионов на поверхности клетки; 8 — внеклеточный вирион; 9 — внеклеточный неполный вирус; 10 — внеклеточный нуклеокапсидный вирион; 11, 12 — этапы формирования цилиндрических вирионов на поверхности клетки; 13, 14 — внеклеточные цилиндрические вирионы в различной ориентации

Но вирусная самосборка происходит именно так: вирусные нуклеиновые кислоты и белки при достаточной концентрации обладают способностью узнавать друг друга в многообразии клеточных белков и нуклеиновых кислот и соединяться друг с другом. Это и есть самосборка! Конечно, бывают и сбои: где-то осталась голая нуклеиновая кислота, где-то белок не нафаршировался нуклеиновой начинкой, но это все брак, его, как правило, немного. Основная масса компонентов собирается правильно, и полчища зрелых вирионов покидают клетку либо путем взрыва, либо путем почкования.

Рис. 7. Внутриклеточный морфогенез аденовирусов. 1, 2 — формирование нуклеокапсидов; 3 — вирион; 4 — кристаллоподобное внутриядерное скопление полных вирионов; 5 — кристаллоподобное цитоплазматическое скопление вирионов; вирионов; 6 — пара-кристаллическое белковое скопление; 7 — выделение вирионов из ядра в протоплазму через расширенные поры ядерной оболочки; 8 — кристаллоподобное цитоплазматическое скопление вирионов; 9 — скопление вирионов в участке ядра, отпочковавшегося в результате фрагментации ядра клетки; 10 — выделение вирионов из клетки; 11 — внеклеточные вирионы; 12 — участок редуплицирующейся ядерной оболочки

Взрыв равносилен полной цитодеструкции, разрушению клетки, в результате чего вирусные частицы оказываются в окружающей среде. Так расправляются со своей alma mater (от латинского мать вскормившая, образно: родной дом) пикорнавирусы, аденовирусы и другие агенты, не имеющие липопротеидной оболочки поверхностного белкового капсида. Почкование характеризует выход из клеток вирусов, содержащих липопротеидную мембрану (например, орто- и парамиксовирусы), которая является дериватом клеточных мембран. Итак, обманув "правительство" клетки-государства, создав свое потомство с помощью ее механизмов, эти вирусы напоследок воруют куски клеточных оболочек. Несмотря на такой разбой, клетки могут еще какое-то время продуцировать новые полчища своих губителей, но в конце концов все-таки разрушаются...

Драма окончена: вирус репродуцировался, клетка погибла! Занавес!

Пока ученые не разобрались в механизме процесса репродукции, им мнилось всякое, в том числе сверхъестественное. Судите сами. Сквозь оболочку клетки проникает вирион: вот он, виден в микроскоп, определяется другими методами. Сомнений в его присутствии нет. Но через короткий промежуток времени никаких доказательств его наличия в природе вообще нет, самые точные и совершенные методы обнаружить его в клетке не могут. Исчез. Растворился. Клетка его переварила... И вдруг описанная выше драма. Оказывается, погиб не вирус, а сама клетка. Вирион же, как сказочная птица феникс, возродился из пепла, а точнее из ничего. Да не один, а "со товарищи".

Долго не могли понять и другое, почему всегда все вирионы одного возраста. Почему среди вирусов (или у вирусов, если все же считать их существами) нет юношей, нет стариков, все одинаково зрелые. Лишь в последние десятилетия, изучив механизм репродукции, ученые нашли вполне материалистические ответы на "мистические" вопросы.

 

Глава восьмая. Об онкогенных вирусах, природе рака и многом другом

"Бросьте все и займитесь этим!"

Сотрудники Л. А. Зильбера знали привычку своего шефа повторять эту фразу, когда какая-либо идея властно и неотступно захватывала его. Он появлялся в лаборатории в отличном настроении, энергичный, решительный, целеустремленный. В такие часы он выглядел закоренелым оптимистом, который никогда не знал сомнений, поражений и неудач.

"Бросьте все и займитесь этим!"

В данном случае "это" было некогда сумасшедшей идеей: "рак вызывается вирусами". Старая идея Л. А. Зильбера, высказанная еще в середине 30-х годов.

В 1944 году он вновь публично вернулся к ней. В докладе, сделанном на конференции Центрального онкологического института и осторожно озаглавленном "О природе злокачественных опухолей", Зильбер говорил об агенте, вызывающем злокачественные опухоли: "Какова же природа агента? Естественно было думать, что он является ультравирусом, подобным другим опухолевым вирусам типа вируса саркомы Рауса, папилломы кроликов Шоупа и других... Ряд данных и прежде всего фильтруемость действительно позволяли отнести этот агент к ультравирусам. Подобная концепция представляется мне весьма вероятной..."

Зильбер сказал все, что хотел, и хотя форма его доклада отличалась тщательно обдуманной академичностью, давние противники вирусной теории происхождения рака, стойкие оппоненты докладчика, расходились, раздраженно пожимая плечами: "Опять вирусы рака... Но кто их видел у человека?"

В самом деле, кто?

То, что вирусы могут вызывать опухоли у мышей, у крыс, у кур — доказано. Но при чем тут человек?

Загадка происхождения рака волновала ученых с тех пор, как медики научились распознавать это страшное заболевание. Что вызывает злокачественное перерождение клеток, стремительный лавинообразный их рост, когда, вторгаясь в здоровые ткани и органы, они душат, опутывают, убивают все живое?

В начале нашего века выяснилось, что рак может возникнуть под влиянием разных химических веществ, их стали называть канцерогенами. Ртуть и мышьяк, дым сигареты и анилиновые красители, каменноугольная смола и минеральные масла, типографская краска и асбест... Как писал Б. Глезмер в книге "Человек против рака" еще в 60-е годы: "Если верить некоторым авторитетам, мы живем почти исключительно в окружении канцерогенов. Подчас кажется, что правильнее всего было бы сказать: лишь горстке из нас каким-то чудом удается выжить в этом канцерогенном океане".

Итак, ливень, поток, потоп канцерогенов. А может быть, и генетический рок: есть люди, которым предопределено заболеть раком, это заложено в них наследственно, генетически?

Или причина всего в каком-то неизвестном "раковом микробе"?

Ничего удивительного в последнем вопросе нет. Он неизбежно вставал перед исследователями.

Ушел в историю XIX век с его блестящими открытиями в микробиологии. Человек нашел возбудителей многих страшных болезней — мы уже говорили об этом. В конце его Д. И. Ивановский открыл мир вирусов, а в самом начале XX века один из первых вирусологов Европы А. Боррель впервые в печати высказал гипотезу: а не фильтрующиеся ли вирусы вызывают злокачественные опухоли?

Вскоре В. Эллерман и О. Банг сообщают, что лейкозы у кур действительно могут иметь вирусное происхождение. И готовы экспериментально подтвердить это... Впрочем, тогда лейкозы не причисляли еще к злокачественным новообразованиям, так что вопрос вроде бы совершенно неясен. Неясен для всех, кроме... И. И. Мечникова. В 1910 году этот великий провидец науки печатает в газете "Русское слово" статью, в которой пишет буквально следующее: "Одна причина рака, безусловно, находится в самом организме, но другая попадает в него в виде экзогенного начала, скорее всего — вируса".

Проходит всего только один год, и ветеринарный врач П. Раус представляет доказательства вирусной природы плотной (иначе, солидной) опухоли кур, так называемой саркомы Рауса. Это открытие было сделано в 1911 году, а Нобелевская премия за него была присуждена Раусу через... полвека. Счастье, что он успел дожить до своего триумфа!

Между открытием и его признанием (и использованием) весьма часто лежат "дистанции огромного размера". Вспомним, что законы Г. Менделя были совершенно не оценены современниками и по существу переоткрыты заново через 50 лет, когда их творца уже не было в живых. Вирус полиомиелита открыл К. Ландштейнер в Вене в 1909 году, а эффективная вакцина против этого страшного заболевания появилась на свет только в 50-е годы. Вирус гриппа впервые выделен от человека К. Эндрюсом в 1930 году, эффективных гриппозных вакцин нет до сих пор, а уж Нобелевской премией за решение проблемы гриппа, как говорится, и не пахнет. Так что Раус — счастливый человек!

Впрочем, вернемся в начало века. Мелькнувшая в те годы в работах А. Борреля, И. И. Мечникова, В. Эллермана, О. Банга, П. Рауса мысль о вирусной природе рака, мысль, в значительной мере подсказанная охотой за вирусами, погасла на целую четверть века.

В самом деле, были открыты болезнетворные вирусы, вызывающие оспу, корь, грипп, свинку, желтую лихорадку, но где он, вирус рака человека, и если он есть, почему его никто и никогда не смог настигнуть и увидеть?

...14 декабря 1935 года. I Всесоюзное совещание по изучению ультрамикробов и фильтрующихся вирусов.

На трибуне — Зильбер. Советская вирусология только рождается. И он один из самых страстных ее пионеров, создатель первой специализированной вирусологической лаборатории Наркомздрава РСФСР. Ученый начинает с общепризнанных аргументов:

"Существует мнение, что фильтрующиеся вирусы редко поражают человека. Это, однако, совершенно неверно. Если мы подсчитаем заболеваемость... то получим, что... с 1929 по 1934 год... гриппом, корью, полиомиелитом и оспой заболели 25 142 650 человек, в то время как основными бактерийными инфекциями — 4 072 446 человек".

Итак, убеждать в необходимости изучения вирусов, кажется, не приходится.

Но... И далее Зильбер заговорил о том, что не могло не вызвать глубокой и настороженной тишины зала:

"...Необходимо остановиться на успехах в области изучения этиологии некоторых злокачественных опухолей. Я прекрасно понимаю необходимость чрезвычайной сдержанности и глубокой осторожности в этом сложном и важном вопросе. Однако невозможно обойти молчанием работы самого последнего времени, в которых высказывается принципиально новый взгляд на эту сложную проблему... Позволительно думать, что фактор, вызывающий некоторые опухоли млекопитающих, является не самой клеткой этой опухоли, а экзогенным, автономным от нее агентом, который в иных случаях, однако, так тесно связан с ней, что не может быть отделен от нее фильтрованием... Пройти мимо этих фактов не представляется возможным..."

Настороженность зала сменилась недоумением, недоумение разрешилось непониманием. Хорошо еще, если вежливым, без усмешек и иронических восклицаний... Слишком многим, в отличие от Зильбера, эти факты показались не стоящими внимания, мимо них вполне можно было пройти... Да и какие факты? Опухоли мышей, крыс и кроликов, вызванные искусственно в эксперименте?

И все же исторические слова тоже были произнесены: "...фактор, вызывающий некоторые опухоли млекопитающих, является... агентом, автономным от клетки, который... однако, так тесно связан с ней, что не может быть отделен от нее фильтрованием". Слово вирус еще отсутствует, но оно и только оно должно стоять здесь, рядом с другими: "не может быть отделен от нее (клетки) фильтрованием". Пока это больше намек, чем вывод, но какой вещий намек!

Моцарт говаривал о "мгновении, когда сразу слышишь всю еще не написанную симфонию". Никто не верит в нее, кроме самого автора, ибо только авторский слух готов воспринять звучащее будущее. Для этого необходим особый провидческий слух. Зильбер обладал таким слухом. И шумное неодобрение оппонентов не могло его притупить.

"Нелегко, — пишет ученик и последователь Зильбера член-корреспондент АН СССР профессор Г. И. Абелев, — постоянно быть в оппозиции к общепринятым мнениям. То, что для него было ясным и даже очевидным... отнюдь не представлялось таковым большинству исследователей... Факты, приводимые Львом Александровичем, как веские доводы в пользу своей точки зрения, далеко не всегда звучали для них однозначно... И дело здесь не в равнодушии или консерватизме. Дело в разном складе ума и в разных подходах к проблеме".

...1935 год... Может быть, слишком преждевременны идеи Зильбера? Но ведь все, что касается вирусов — возбудителей острых инфекций, — слушается со вниманием и острым интересом. И лишь соображения о фильтрующемся агенте опухолей, который "не может быть отделен от клетки фильтрованием", падают на каменистую почву... Значит, рано?

Сумасшедшая идея о вирусной природе рака или, по крайней мере, некоторых его видов подкрепляется и догадками других ученых. Н. Ф. Гамалея еще раньше высказывал идеи о том, что могут существовать вирусы, размножающиеся в клеточных ядрах. Есть ведь паразиты, которые размножаются в ядрах туфелек-инфузорий. При этом туфельки гибнут...

Аналогия еще не доказательство, размышлял Зильбер. Но опыты в поисках агента, не отделяющегося от клетки фильтрованием, увлекают его целиком, безгранично, самоотверженно.

"Бросьте все и займитесь этим!"

Опыты, сотни, тысячи опытов...

В докладе, сделанном в ноябре 1944 года на конференции Центрального онкологического института, Зильбер уже смог уверенно заявить: "Фильтраты молодых, только что возникших опухолей... оказывались способными вызвать злокачественный рост. Гипотетический экстрацеллюлярный, внесенный в клетку извне возбудитель злокачественного роста стал реальным агентом, доступным для изучения".

С 1944 года действительно было брошено все, и Зильбер со своими сотрудниками и учениками занялся только вирусной теорией происхождения опухолей. За 22 года (в 1966 году сердце Зильбера перестало биться) были проделаны десятки тысяч опытов, написаны сотни статей, сделаны десятки докладов, изданы уникальные монографии. За день до смерти ученый дописал свою последнюю, одиннадцатую (!) книгу, называвшуюся "Вирусогенетическая теория возникновения опухолей".

Но... история еще не досказана и поныне — ни история научного подвига Л. А. Зильбера, ни история раскрытия тайны рака...

Барельеф Зильбера украшает ныне стену конференц-зала института вирусологии в Москве. Здесь же профили Дженнера, Мечникова, Пастера, Ивановского...

В развитии учения о вирусном происхождении злокачественных новообразований можно выделить ряд этапов, каждый из которых характеризуется своим собственным "коэффициентом" соотношения эмпирических и теоретических компонентов.

В I период (1903 — 1910 годы) явно преобладали теоретические, точнее умозрительные, элементы, поскольку вирусный онкогенез как таковой был неизвестен, и роль вирусов в происхождении злокачественных новообразований лишь предполагалась (Боррель, Мечников).

II период (1910 — 1944 годы) характеризуется преобладанием эмпирических моментов, так как именно в это время были открыты специфические опухолеродные вирусы кур, мышей и ряда других животных.

Своеобразие III периода (1944 — 1968 годы) связано с развитием и утверждением вирусогенетической концепции Зильбера о происхождении злокачественных новообразований. Краеугольным камнем явилось положение о том, что опухолеродные вирусы представляют собой не инфекционные, а интеграционные агенты. Правомерность этой концепции была доказана сначала для ДНК-содержащих онкогенных вирусов (Л. А. Зильбер, Р. Далбекко), а затем и для РНК-содержащих онкогенных вирусов (Г. Темин). На терминах и понятиях инфекционный вирус и интеграционный вирус следует остановиться подробнее.

Инфекционный вирус-возбудитель инфекции — всегда вирулентен. Вирулентный вирус. Собственно говоря, это масло масляное. Вирус и вирулентный — слова одного корня. Вирус — яд, вирулентный — ядовитый. Вирулентный вирус — ядовитый яд. Тем не менее прилагательное вирулентный несет в себе важный и неоднозначный смысл применительно к существительному вирус.

Во-первых, этим термином определяют возбудителей острых вирусных инфекций, то есть заболеваний с коротким инкубационным периодом, бурным течением и относительно быстрым финалом: излечением, остаточными необратимыми явлениями или гибелью. Таковы грипп, полиомиелит, корь, паротит (свинка), вирусные энцефалиты, мозаичная болезнь табака и т. д. и т. п.

Собственно, рождение вирусологии как дисциплины произошло благодаря только вирулентным вирусам. Миллионные убытки заставили владельцев табачных плантаций обратиться к Д. И. Ивановскому. Тысячи искалеченных детских тел "подгоняли" вирусологов во всех странах в их охоте на вирус полиомиелита... Сейчас такая же охота ведется на возбудителя СПИДа...

Здесь сделаем важное добавление: если инфекционный вирус ослабить или убить, получится вакцина, так что инфекционный вирус может быть и не вирулентным, точнее — а вирулентным...

Вирулентный вирус, вторгаясь в клетку, подчиняет ее, заставляет работать на себя, штамповать все новые и новые копии, истощает клетку и, разграбив ее, создав полчища себе подобных, уничтожает клетку...

Так протекает острая вирусная инфекция, вызванная вирулентными вирусами.

Основной научной заслугой Зильбера является установление принципиально нового положения, согласно которому помимо вирулентных вирусов есть еще качественно отличные от них — умеренные (так называли их в самом начале, по аналогии с умеренными фагами) или интеграционные вирусы. Эти агенты вызывают образование принципиально другого комплекса вирус-клетка, в котором происходит объединение, интеграция геномов микроорганизма и клетки-хозяина.

Геном — не очень четкое понятие. Именно поэтому генетики его, как правило, не употребляют. Вирусологов оно устраивает, хотя смысл этого термина вполне генетический. Два генома в одной системе это значит: два разных хранителя наследственной информации в клетке (ДНК клетки и ДНК или РНК вируса), два самостоятельных механизма транскрипции этой информации (то есть отдельные информационные РНК клетки и вируса), два самостоятельных механизма репликации (умножения) нуклеиновых кислот — клетки и вируса, два отдельных процесса трансляции белков в рибосомах, которые делают и клеточные и вирусные белки.

Два генома и две разные судьбы. Вирус продолжается в потомстве, клетка чаще всего убита и гибнет. Геном вируса одерживает верх над геномом клетки, именно поэтому на листьях табака появляются ржавые пятна, именно поэтому оспинами изрыты лица переболевших оспой людей, именно поэтому тяжкими параличами отмечен полиомиелит: гибнут нервные клетки спинного мозга. Так бывает при взаимодействии вирулентного вируса с чувствительной клеткой. А что же происходит при интеграции геномов и что это такое вообще?

В 1935 году для Зильбера это было лишь состояние вируса, который так тесно связан с клеткой, что не может быть отделен от нее фильтрованием. Позднее речь стала идти уже не о вирусе в целом, а только о его нуклеиновой кислоте. Ясно, что это могло случиться, когда роль нуклеиновых кислот в наследственности стала наполняться современным содержанием. Вирусологи сыграли в этом важнейшем для всей биологии событии выдающуюся роль.

Еще в 1952 году американские исследователи А. Херши и М. Чейз изучали взаимодействия вируса-бактериофага T2 и кишечной палочки, помечая радиоактивной меткой либо белок, либо нуклеиновую кислоту вируса. Опыты неизменно убеждали, что в клетку кишечной палочки проникает в основном ДНК бактериофага, именно она ответственна за появление новых вирусных частиц. Не забывайте, идет только 1952 год! Уотсон и Крик еще бьются над разгадкой структуры ДНК. О роли вирусных нуклеиновых кислот в то время вообще толком ничего не знали...

И вдруг... для того, чтобы произошло заражение клетки и началась болезнь и бурное появление новых вирусов, вовсе не обязательно наличие цельного вируса, достаточно лишь его нуклеиновой кислоты. Через несколько лет этот вывод был блистательно подтвержден А. Гирером и Г. Шраммом в ФРГ и Х. Френкель-Конратом в США. Из вирусов мозаичной болезни табака удалось выделить нуклеиновую кислоту, и она одна, только она, вызывала болезнь и разрушение клеток. Открытие в 1956 — 1957 годах инфекционности некоторых вирусных нуклеиновых кислот стало весьма важной вехой в истории вирусологии.

Вскоре установили, что инфекционные процессы, вызванные нуклеиновыми кислотами и цельными вирусами, существенно отличаются, хотя эти различия носили весьма своеобразный характер. При заражении нуклеиновыми кислотами скрытый период болезни сокращался на треть, хотя объяснить — почему, никто пока не может. Предположение, что ускоренная репродукция связана с отсутствием необходимости "раздеваться", не может считаться удовлетворительным, поскольку не надо "раздеваться" только микропопуляции вируса, вызывавшей инфицирование. Но эти несколько тысяч или сот тысяч вирионов погоды не делают, их слишком мало, заболевание вызывают их последующие генерации, которые представлены уже полноценным, вполне "одетым" вирусом.

Различаются и некоторые другие реакции на цельный вирус и на голую нуклеиновую кислоту. Так, например, антитела действуют только на вирус, а вот фермент рибонуклеаза, напротив, только на вирусную РНК. Но важно подчеркнуть еще раз: различия носили непринципиальный характер.

Итак, к началу шестидесятых годов стало ясно, что молекулы РНК вируса табачной мозаики, полиомиелита, энцефалита и некоторых других обладают самостоятельной инфекционной активностью. Оказалось, что границы живого могут быть отодвинуты даже не к вирусам, а к вирусным нуклеиновым кислотам.

Но если так, неизбежно встали новые вопросы: только ли вирусная нуклеиновая кислота — единственный носитель инфекционных свойств вируса, способный осуществлять заражение без участия белка, или белок все же в естественных условиях как-то участвует в этом? Одно дело — в пробирке, in vitro, другое — в жизни.

Бурные, ожесточенные дискуссии вирусологов напоминали порой ристалища философов. В октябре 1962 года на конференции в Институте вирусологии имени Д. И. Ивановского всерьез обсуждали, что может и чего не может сделать голая вирусная нуклеиновая кислота, всегда или иногда играет свою удивительную роль и какова эта роль...

Две точки зрения столкнулись на конференции — Л. А. Зильбера и А. А. Смородинцева.

По мнению Зильбера, именно нуклеиновая кислота вирусов способствует возникновению стойких изменений наследственности клеток и разнообразных болезненных, патологических процессов. Он говорил: "Оказалось возможным, например, превратить нетоксикогенный (неядовитый) штамм дифтерийного микроба в токсигенный (ядовитый), инфицировав его фагом, выделенным из токсикогенного штамма. Нуклеиновая кислота фага, являющаяся его генетическим элементом, интегрируется (объединяется) с геномом бактерийной клетки, изменяя ее свойства и делая ее резистентной (стойкой. — Д. Г., Вл. С.) к повторному воздействию фага".

Но может ли внесение дополнительной генетической информации вызвать изменения в животных клетках? Некоторые факты заставляют думать, что круг интеграционных заболеваний более широк. Представление об опухолях как интеграционных заболеваниях создает новые аспекты изучения их патогенеза, профилактики и лечения. "Несмотря на гипотетичность некоторых суждений, — сказал Зильбер в заключение, — приведенные данные основаны на точных фактах... И это явится стимулом к широкому развертыванию исследований в новых направлениях".

А. А. Смородинцев возражал против стремления возводить вирусные нуклеиновые кислоты в ранг абсолютно самостоятельных инфекционных агентов, способных выходить из зараженных клеток и циркулировать в организме в качестве полноценных возбудителей. По его мнению, "участие нуклеиновых кислот в явлениях репродукции вирусов не дает оснований к переоценке их роли в естественном развитии острых инфекционных процессов, обусловленных участием зрелых вирусных частиц, способных полноценно проникнуть в чувствительные клетки и дифференцировать чувствительные и резистентные ткани".

Забегая вперед, скажем, что правы были оба, каждый по-своему. Через несколько лет они дали более точные формулировки, учитывающие мнения оппонентов. Зильбер подчеркнул, что острая вирусная инфекция не относится к "интеграционным болезням", а Смородинцев согласился с тем, что "роль вирусных нуклеиновых кислот может быть учтена как существенный или даже главный фактор развития вирусных опухолей..."

Это сближение крайних точек зрения объяснялось накоплением огромного количества новых фактов об особенностях разных вирусов. Оказалось, что в одних случаях нуклеиновая кислота вируса действительно индуцирует острый процесс, разрушение клеток. Это нуклеиновая кислота инфекционных (вирулентных) вирусов, в других — она интегрируется с клеточным геномом. Таковы нуклеиновые кислоты "умеренных" фагов, это было известно. Но может ли такой процесс иметь место при взаимодействии вирусов и клеток высших животных и человека?

...1964 год. Москва. Ученые, собравшиеся со всех концов планеты, отмечали столетие со дня рождения Д. И. Ивановского. Доклад Л. А. Зильбера носил странное название: "Неинфекционные вирусы". К этой необычной группе вирусов он отнес все ДНК-содержащие онкогенные вирусы. Ученый сказал тогда буквально следующее: "...можно считать доказанным, что механизм их действия на клетку заключается в основном в интеграции их нуклеиновой кислоты с геномом клетки, благодаря чему в клетке возникают наследственные изменения, выводящие клетку из соподчинения системам, регулирующим клеточный рост".

"То, что вы имеете в виду, — горячо возражал профессор В. Л. Рыжков, — есть гибридизация на молекулярном уровне. Но гибрид между человеком и вирусом немыслим, это абракадабра, с точки зрения генетика!".

Прошло несколько лет, и интеграция геномов вируса и клетки получила четкое экспериментальное подтверждение. К счастью, это произошло еще при жизни Зильбера, в середине 60-х годов, и было доказано на модели паповавирусов.

Странное название "папова" образовано из первых слогов названий ДНК-содержащих онкогенных вирусов папилломы, полиомы, вакулиолизирующего вируса (ПАПОВА).

Именно тогда было установлено, что ДНК паповавирусов действительно встраивается (интегрирует) в ДНК хромосом клеточных ядер. При этом она теряет способность самостоятельно удваиваться и давать жизнь новым вирусам. Отныне она реплицируется только вместе с хромосомой клетки-хозяина! Это и означает интеграцию двух геномов: онкогенного вируса и клетки-хозяина. Это и заподозрил Зильбер за много лет до того, как это было фактически выявлено. Именно здесь и скрыта основа основ вирусогенетической концепции происхождения злокачественных опухолей.

Рис. 8. Онкогенный вирус полиомы. 1 — внеклеточный вирион; 1а — внеклеточный вирион, локализующийся в межклеточном канале; 1б — внеклеточный вирион, адсорбированный на мембранных компонентах разрушенной клетки; 2 — адсорбция вириона на свободной клеточной поверхности; 3 — фагоцитоз вириона; 3а — фагоцитоз вириона из межклеточного канала; 3б — фагоцитоз вириона из гигантской внутриплазматической фагосомы; 4 — внутрицитоплазматическая фагосома, содержащая вирион; 5, 6 — проникновение вирионов в перинуклеарное пространство; 8 — внутриядерный виропласт; 9, 10 — формирование нуклеокапсидов по периферии виропласта; 11 — полный вирион; 12 — трубчатая форма вируса; 13 — предполагаемая фрагментация трубчатых форм вируса на полые 'сферические'; 14 — полные формы вируса; 15 — диффузное внутриядерное скопление вирионов; 16 — аномальная форма вируса; 17 — кристаллоподобное внутриядерное скопление полных и полых форм вируса; 18 — выход полного вирусного скопления в перинуклеарное пространство; 19 — выход вирусного скопления в цитоплазму и во внеклеточное пространство

Концепция, подкрепленная множеством фактов и опытов, стала теорией. Мы изложим самую ее суть, неизбежно кратко и упрощенно.

Итак, ДНК вируса объединилась с ДНК клетки, отныне они взаимно влияют друг на друга. Клеточная ДНК подавляет (репрессирует) ту часть вирусного генома, которая заведует синтезом структурных вирусных белков и оставляет без изменения ту часть, которая отвечает за синтез ранних белков. Поэтому производятся все новые и новые ранние белки, а структурные вирусные белки клетка вообще не продуцирует.

Роль ранних белков состоит в том, чтобы обеспечить непрерывное конвейерное производство сердцевины вируса — вирусной нуклеиновой кислоты. В драме "вирулентный вирус-клетка" ранние белки с успехом играют эту роль, обеспечивая быструю наработку многих молекул вирусной РНК (или ДНК) по "чертежу" одной проникшей молекулы.

В драме "умеренный (интеграционный) вирус-клетка" действие развертывается существенно иначе. Нуклеиновые кислоты вируса и клетки объединились, но ранние белки стараются сыграть свою обычную роль. Для удвоения (репликации) ДНК необходимо в общей сложности участие 10 разных ферментов. Но геном паповавирусов может вызвать синтез всего 6 белков. И чтобы ранние белки все же выполнили свою главную миссию, необходимо активизировать деятельность клеточных ферментов, принимающих участие в синтезе клеточной ДНК, поставив их на службу вирусам.

Но при объединении геномов вируса и клетки ферменты бездействуют, синтез структурных вирусных белков заторможен клеткой; происходит лишь синтез ранних белков, он идет беспрерывно, постоянно. При этом все время удваивается и ДНК клетки, в которой сидит ДНК вируса, что понуждает клетку к беспрерывному клеточному делению. Итак: ранние белки "подталкивают" клетку к преждевременному делению, каждое новое деление приводит к новому синтезу ранних белков, а те опять... Порочный круг замкнулся. Вирусная нуклеиновая кислота, как кнут, погоняет клеточное размножение, выходящее из-под регулирующих воздействий организма. Автономно и постоянно делящиеся клетки приобретают целый комплекс новых свойств, теряя при этом нормальный облик, становясь лично бессмертными и неся при этом гибель организму...

Повторяем, фактическое доказательство интеграции ДНК паповавирусов, прежде всего вакуолизирующего вируса (так называемого ОВ40-"О"-обезьяньего) были получены при жизни Зильбера в его лаборатории и в лаборатории выдающегося американского вирусолога Р. Далбекко. Но вопрос о том, является ли механизм интеграции обязательным и для РНК-содержащих онкогенных вирусов, оставался к 1966 году открытым.

Рис. 9. Схематическое изображение монослойных (1) и трансформированных (2) клеток

Действительно, как можно представить себе интеграцию вирусной РНК в клеточную ДНК? Молекулярная биология таких механизмов не знает. А ведь РНК-содержащие онкогенные вирусы весьма многочисленны и значительны. Достаточно напомнить, что к их числу относится знаменитый вирус куриной саркомы, об открытии которого П. Раусом в 1911 году мы говорили в самом начале этой главы.

Вирус саркомы Рауса был тщательно изучен в лаборатории Зильбера. Было установлено, что вирус этот может преодолевать видовой барьер и вызывать опухоли у млекопитающих — крыс и морских свинок. За это открытие Л. А. Зильбер и Г. Я. Свет-Молдавский, И. Н. Крюкова и А. С. Скорикова были удостоены Государственной премии СССР. Но как РНК этого онкологического "чемпиона" может интегрировать в клеточную ДНК, оставалось неясным. В вирусогенетической концепции происхождения рака зияла крупная брешь...

Правда, еще в 1964 году совсем молодой тогда ученик Р. Далбекко, Г. Темин, высказал ряд соображений о том, что геном вируса саркомы Рауса сохраняется в пораженной им клетке в форме этакого "провируса", который представляет собой не РНК, а ...ДНК! Интересная гипотеза! Но... совершенно непонятно, как РНК вируса саркомы Рауса могла превратиться (!) в ДНК. Молекулярная биология таких превращений не знала, а Г. Темин был... очень молод и крайне самонадеян.

Надо отметить, что, к счастью, с этими чертами легко сочетались поразительная трудоспособность и редчайшая целеустремленность. По сути дела, он всю жизнь занимался одним вопросом, который ему предложил еще в студенческом кружке его учитель Р. Далбекко — механизмом репродукции вируса саркомы Рауса. Первые 8 лет работы, с 1956 по 1964, привели Темина к созданию гипотезы провируса, в которую, будем справедливы, почти никто не поверил, а следующие 6 лет ушли на доказательство этой гипотезы. В 1970 году Г. Темин, работавший в Висконсинском университете, и независимо от него в Массачусетском технологическом институте Д. Балтимор обнаружили у некоторых РНК-содержащих вирусов неведомый доселе фермент, способный синтезировать ДНК-копию на матрице вирусной РНК. Статья Г. Темина, опубликованная в январском (за 1972 год) журнале "Nature", так и называлась: "Синтез ДНК, направляемый РНК". Вновь открытый фермент получил название "обратная транскриптаза" (ревертаза), а все вирусы, его содержащие, стали именоваться весьма своеобразно и даже несколько игриво — "ретровирусы". За это открытие Г. Темин и Д. Балтимор были удостоены Нобелевской премии, это было признано величайшим событием в биологии, а в вирусогенетической концепции закрылась гигантская брешь.

Мы недаром назвали эту главу столь пространно: об онкогенных вирусах, природе рака и... многом другом.

Это действительно так: начав рассказ с гипотезы Борреля о возможной роли вирусов в происхождении рака, мы буквально не можем остановиться, поток событий несет нас и помимо нашей воли заставляет касаться все новых и новых биологических проблем....

Итак, изучение первого, по-своему классического объекта онковирусологии — вируса куриной саркомы, начатое Раусом в 1911 году, привело Темина и Балтимора к открытию обратной транскрипции и нового фермента — ревертазы. Значение этого открытия оказалось столь велико, что мы вынуждены сейчас коснуться проблем, далеко выходящих за рамки и онкологии и вирусологии.

Рис. 10

Со времени выдающегося открытия Уотсона и Крика, то есть с середины 50-х годов нашего века, бесспорной считалась основная догма биологии, согласно которой гены, заключенные в двойной спирали ДНК управляют активностью любой клетки посредством двух процессов: транскрипции, в ходе которой на ДНК, как на матрице, синтезируются молекулы РНК, и последующей трансляции, в ходе которой на РНК, как на матрице, синтезируются молекулы белков. Путь ДНК→РНК→белок казался единственным, незыблемым и универсальным! РНК-содержащие вирусы казались несущественным, хотя и очевидным исключением, о котором не очень-то и задумывались... Никто, однако, не сомневался в том, что наследственная информация у этих вирусов хранится не в ДНК, а в РНК, ну а остальное происходит "почти так же", как у ДНК-содержащих вирусов. Достаточно сравнить репродукцию вируса полиомиелита и гриппа, например, чтобы в этом убедиться.

Рис. 11. Развитие онкогенного РНК-геномного вируса. 1 — внеклеточный онковирус; 2 — проникновение вируса в клетку; 3 — внутриклеточное 'раздевание' онковируса; 4 — транскриптивный комплекс; 5 — двуспиральная вирусная ДНК; 6, 7 — транспорт кольцевой ДНК онковируса в ядро клетки; 8 — интеграция ДНК-транскрипта онковируса в хромосому клетки; 9 — вирусная РНК; 10, 11 — синтез вирусных гликопротеидов на мембранах эндоплазматического ретикулума; 12, 13 — предполагаемый транспорт вирусных гликопротеидов к поверхности клетки в опушенных везикулах; 14 — предполагаемый транспорт вирусных гликопротеидов через аппарат Гольджи; 15 — локализация гликопротеидов на поверхности клетки; 16 — 18 — синтез белков сердцевины онковируса на свободных полирибосомах; 19 — 20 — синтез обратной транскриптазы онковируса на свободных полирибосомах; 21 — транспорт вирусного РНК к поверхности клетки; 22 — формирование онковируса в процессе почкования на поверхности клетки; 23 — внеклеточный онковирус типа А (С); 24 — внеклеточный онковирус типа С; Ц — цитоплазма, П — поры ядерной оболочки, ЯК — ядро клетки, ПО — плазматическая оболочка, Хр — хромосома клетки

В течение первого десятилетия после открытия Теминым и Балтимором обратной транскрипции, то есть до начала 80-х годов, казалось, что этот необычный феномен, укладывающийся в совсем иную формулу: РНК-ДНК-белок, касается только одного из семейств РНК-содержащих вирусов — ретровирусов, где он и был обнаружен, и более никого. Хотя слов нет: семейство это весьма обширно, а представители его заслуживают самого пристального внимания.

В семейство ретровирусов входит три так называевые подсемейства:

1) опухолевые вирусы,

2) вирусы — возбудители некоторых медленных инфекций,

3) так называемые "пенящие" вирусы.

К первому из этих подсемейств относятся возбудители лейкозов и некоторых плотных опухолей млекопитающих, птиц и рептилий, единственный бесспорный (пока!) возбудитель опухолевого процесса у человека (вирус так называемого Т-клеточного лейкоза людей) и агент, вызывающий... СПИД, — ни больше ни меньше! Заметим, однако, что вирус СПИДа обратную транскриптазу содержит, но опухолеродным не является: в отличие от своего близкого собрата — вируса Т-клеточного лейкоза человека — он не трансформирует человеческие лимфоциты, а убивает их.

Ко второму подсемейству относятся возбудители некоторых так называемых медленных инфекций. Мы уже упоминали об их существовании. Само понятие такого рода ввел в науку исландский исследователь В. Сигурдссон в 1954 году, высказав предположение о причине медленной инфекции — скрепи (почесухе овец).

К подсемейству пенящих относятся вирусы, не обладающие онкогенностью, но поражающие многих млекопитающих, включая человека и вызывающие так называемые синцитиеобразующие эффекты, то есть слияние клеток.

Уже из этого краткого перечня вытекает, что обратная транскрипция вовсе не равнозначна злокачественной трансформации. Для всех перечисленных агентов характерно образование ДНК-копии вирусной ДНК и встраивание этой копии в ДНК клетки-хозяина. Именно это необходимо для образования новых вирусных частиц, таков механизм репродукции этих вирусов, но последствия для клетки могут быть самыми различными: полная гибель (как при СПИДе), слияние разных клеток в многоядерный синцитий (при репродукции пенящих вирусов), и наконец — злокачественная трансформация (как при лейкозах и образовании некоторых плотных опухолей у млекопитающих, птиц, рептилий и Т-клеточном лейкозе человека).

Итак, открытая на модели онкогенных РНК-содержащих вирусов обратная транскриптаза оказалась инструментом репродукции целого ряда неонкогенных ретровирусов. И все же это была пока только вирусология, причем вирусология одного только семейства РНК-содержащих вирусов. Однако в последние годы стали появляться данные о том, что обратная транскрипция наблюдается не только при репликации вирусов, но и в незараженных клетках дрожжей, насекомых и млекопитающих.

Как это происходит и что это означает? Речь идет о целом направлении исследований в современной молекулярной генетике, и здесь очень трудно выделить самое существенное, тем более что исследования продолжаются. Но мы попробуем.

Прежде всего необходимо подчеркнуть, что в последние годы были открыты совершенно неизвестные ранее генетические элементы, присутствующие в хромосомах большинства, а по-видимому, вообще всех организмов (во всяком случае, они уже обнаружены у бактерий, дрожжей, растений, насекомых и позвоночных) — так называемые транспозоны. Эти элементы способны изменять свое местоположение в геноме клетки.

По современным представлениям, в связи с открытием транспозонов, геном представляется качественно иным, чем это было не только в эпохи Г. Менделя и Т. Моргана, но и во время открытия двойной спирали ДНК Д. Уотсоном и Ф. Криком. Геном — это не застывший кусочек некоего неизвестного вещества или даже вполне конкретной ДНК, а динамическая структура, чем-то напоминающая атом, имеющий, как известно, не только стабильное ядро, но и целый рой перемещающихся элементов (в частности, электронов) по орбитам вокруг. Именно поэтому академик Г. П. Георгиев справедливо отметил, что "ген постоянен в своем непостоянстве"!

Нет сомнений в том, что и сами транспозоны, и характер их перемещения отражают какие-то новые, неизвестные ранее стороны генетической регуляции, имеющие самое непосредственное отношение к непознанным еще законам изменчивости и эволюции живой материи. Открыта, по существу, новая глава в учении о наследственности и изменчивости, причем мы еще читаем только предисловие к ней...

Для того чтобы перемещаться, транспозоны должны иметь определенную структуру в своих концевых участках. Только таким путем они могут встраиваться в определенные участки хромосомы. Каково же было удивление ученых, когда выяснилось, что структура этих концевых участков практически любых изученных транспозонов оказалась аналогичной таковой в... ретровирусной ДНК. Сейчас это уже непреложная истина, известная в деталях, которые мы попытаемся популярно изложить.

Синтез ДНК-копии ретровирусной ДНК происходит в две фазы. На первой — обратная транскриптаза синтезирует так называемую "минус"-нить ДНК непосредственно на матрице вирионной РНК. Затравкой синтеза является при этом клеточная транспортная РНК. На втором этапе синтезируется "плюс"-нить ДНК, комплементарная первой "минус"-нити. Для этого в качестве затравки нужны короткие фрагменты вирусной РНК, отрезаемые ферментом от более длинных ее кусков.

Эксперименты, проведенные Д. Бишопом и X. Вармусом в Калифорнийском университете, а также Д. Тейлором в Институте онкологических исследований в Филадельфии, показали, что у концов ретровирусной ДНК- копии, находящейся в линейной двунитевой форме, имеются одинаковые последовательности длиной в несколько сотен пар нуклеотидов. Эти участки назвали длинными концевыми повторами — LTR (от английского long terminal region). Они оказались на обоих концах ретровирусной ДНК (а мы помним, что это и есть провирус Темина!) абсолютно идентичными с точностью до одного нуклеотида. Кроме того, у границ каждого LTR последовательности оказались также идентичными, если... если читать в противоположных направлениях. Они были названы инвертированными повторами. И наконец, было установлено, что в интегрированной вирусной ДНК по краям длинных концевых повторов располагаются одинаковые короткие последовательности, принадлежащие геному хозяина. Это означает, что при встраивании вирусной ДНК в хромосому клетки хозяина в месте интеграции происходит дупликация.

Вот каковы реальные механизмы встройки генома, РНК-содержащего онкогенного вируса в геном клетки-хозяина, процесса, предсказанного Л. А. Зильбером применительно к вирусному канцерогенезу много десятилетий назад.

Рис. 12

Но, как мы видим, дело не только в вирусном канцерогенезе. Дело в том, что транепозоны самых разных живых существ — от бактерий до человека — также содержат LTR, инвертированные повторы и короткие дупликации последовательностей в месте интеграции. Это сходство оказалось настолько существенным, что возникла мысль о том, что обратная транскрипция может быть частью механизма перемещения некоторых транспозонов, никакого отношения, казалось бы, к ретровирусам не имеющих. В частности, особого внимания удостоился транспозон, получивший название copia и представляющий собой неинтегрированную форму ДНК в культуре клеток плодовой мушки дрозофилы, сослужившей генетике не меньшую службу, чем вирус саркомы Рауса онкологии, а вирус мозаики табака — вирусологии.

Сначала (1981 год) Э. Флавелл и Д. Иш-Горовец в Лондоне разработали метод обнаружения неинтегрированных форм ДНК copia и установили, что эта ДНК очень похожа на неинтегрированную ретровирусную ДНК в зараженных клетках. Это было очень интересно, но еще не говорило о реальном происхождении такого рода элементов. Важные сведения были получены И. Р. Архиповой в Москве, в Институте молекулярной биологии АН СССР. Она и ее коллеги с исчерпывающей полнотой показали, что и возникновение этих элементов и их перемещение в геноме осуществляется в культуре клеток дрозофилы с помощью обратной транскрипции.

Другое доказательство участия обратной транскрипции в происхождении и перемещении транспозона было получено при изучении дрожжей в лаборатории Д. Динка в Массачусетском технологическом институте. Был изучен перемещающийся генетический элемент с условным названием Ту. В серии изящных экспериментов с несомненностью было установлено, что перемещающаяся ДНК Ту является копией с... РНК, подвергшейся специальной обработке, а потому как бы меченой.

Итак, ДНК генетического фактора дрожжей, никакого отношения не имеющего к ретровирусам, является копией не ДНК, а некой РНК. Ясно, что это могло быть результатом только обратной транскрипции. Неудивительно, что перемещающиеся генетические элементы стали называть ретротранспозонами.

Итак, открыт новый неведомый ранее способ синтеза генов живых существ самого различного уровня организации: от ретровирусов до млекопитающих. Таким способом является обратная транскрипция ДНК на матрице РНК. Важно подчеркнуть, что синтез ДНК-копий ретровирусной РНК является не более чем частным случаем такого рода процесса, хотя он и был открыт первым.

Это неудивительно, но знаменательно: началась же вся вирусология с открытия вируса мозаичной болезни табака — не единственного, да и не главного представителя царства Вира (особенно в наш век тотальной борьбы с курением!). Похоже, что и обратная транскрипция ретровирусной РНК также не самая главная заслуга этого ферментативного механизма.

Есть мнение (его автор — американский молекулярный биолог Дж. Дарнелл-младший), что первым значимым веществом наследственности была именно РНК, а отнюдь не ДНК. Этому взгляду способствует большая универсальность РНК: она способна хранить информацию и воспроизводиться, в сущности, так же, как ДНК, но в отличие от нее может непосредственно направлять синтез белка и даже вести себя как фермент, о чем мы уже говорили в первом разделе книги.

Все это очень интересно и весьма вероятно. Но даже если все это так, то бесспорно, что на каком-то этапе развития жизни РНК передала свою роль ДНК. Именно поэтому обратная транскрипция является древним механизмом переноса информации с РНК на ДНК. Так, процесс, который вначале рассматривали как экзотическую способность, присущую лишь небольшой группе вирусов, теперь помогает проследить путь эволюции, приведшей к жизни на основе ДНК.

Из всех этих данных вытекают важные следствия по всем обсуждаемым нами вопросам.

Во-первых, становится совершенно очевидным, что нельзя говорить о каком-то общем происхождении всех вирусов. Видимо, из-за этого уязвимы все рассмотренные выше концепции. Кажется бесспорным, что РНК-содержащие вирусы — более древние, а ДНК-содержащие — более молодые. Ведь вирусная РНК в значительной степени сохранила все признаки древней РНК, которые у нее были, когда жизнь на основе ДНК еще не существовала: РНК — и хранитель генетического кода этой группы агентов, и непосредственный организатор синтеза вирусных белков в рибосомах инфицированных клеток, а в целом ряде случаев (применительно к малым рибовирусам) и монопольный организатор всего инфекционного процесса (вспомним инфекционность РНК вирусов полиомиелита, арбовирусов и т. д.).

Можно предположить, что эти рибовирусы являются истинными потомками тех древних доклеточных форм жизни, когда ДНК еще не стала практически монопольным хранителем генетической информации почти всего живого. В рамках этой гипотезы вполне вероятным кажется представление об определенном эволюционном усложнении древних рибовирусов от пикорнавирусов через арбовирусы к парамиксовирусам и ортомиксовирусам. В этом ряду можно отметить увеличение массы рибонуклеиновой кислоты, соответственно количества вирусиндуцируемых белков, появление отдельных ферментов в структуре вириона и, наконец, сегментацию самого генома, что увеличивает возможности генетического маневрирования. Самый сложный в этом ряду — вирус гриппа с 8 фрагментами РНК и целым набором ферментов, с выраженной способностью изменять свою антигенную структуру и биологические свойства, возможно, и один из самых "молодых"...

Другая группа агентов — ДНК-содержащие вирусы очень похожи на "взбесившиеся" гены. По крайней мере Д. Б. Голубев склонен считать их таковыми.

Еще в 1970 году были опубликованы работы американца Субак-Шарпа, который сравнил состав молекул нуклеиновых кислот трех разных групп ДНК-содержащих вирусов и соответствующих тканей позвоночных, в которых эти вирусы паразитируют. Он установил, что четыре мелких вируса из группы папова (СВ-40, полиомы, папилломы Шопа и папилломы человека) имеют нуклеотидное строение и состав, во многом сходные с составом тканей человека и животных. Эта схожесть создает почву для объединения ДНК вируса и клеток и лежит в основе онкогенности этих вирусов. Особенно отчетливо выявилось это тем же Субак-Шарпом при изучении аденовирусов, среди которых есть, как известно, и высокоонкогенные и практически неонкогенные представители. Так вот, у высокоонкогенных аденовирусов гомология вирусной и клеточной ДНК выражена в высокой степени, а у неонкогенных — вообще не выражена.

Все ли ДНК-содержащие вирусы — взбесившиеся фрагменты клеточных ДНК или только малые (если это вообще так), мы не знаем. Возможно, раз возникнув, такого рода агенты потом самостоятельно прогрессивно эволюционировали от паповавирусов к вирусам группы оспы — сложным, большим, богато оснащенным ферментами (почти бактериям).

Ни один из нас не готов настаивать на том, что высказанные предположения бесспорны. Но каково бы ни было реальное происхождение всех этих агентов (как мы заметили, за исключением ретровирусов), они, по мнению Д. Б. Голубева, живые существа, имеющие свою эволюционную историю и "борющиеся" за выживание своего вида по всем законам дарвиновской биологии.

А что же ретровирусы? Чтобы сказать что-то об их происхождении, нужно сделать новый экскурс в область онковирусологии, в ее современное состояние.

 

Глава девятая. "Король умер, да здравствует король!"

"Гипотеза Л. А. Зильбера, казавшаяся современникам фантастической, неправдоподобной, неизменно встречавшая острую критику, стала теорией канцерогенеза, основанной на неопровержимых экспериментальных доказательствах", — писал в 1970 году сын и научный последователь Л. А. Зильбера — Л. Л. Киселев. А в 1984 году В. М. Жданов опубликовал статью "Развитие и закат вирусогенетической теории рака". Статья заканчивалась словами: "Следует отметить большую плодотворность вирусогенетической теории рака, значение которой в патологии можно сравнить со значением Птолемеевской системы в астрономии. На смену последней пришла система Коперника. На смену вирусогенетической теории рака приходит транспозонная теория. Король умер. Да здравствует король!"

Как совместить эти две цитаты и можно ли вообще это сделать? Что же произошло за эти 14 лет и почему оценки вирусогенетической теории рака так изменились? Может быть, дело в личной недооценке Ждановым теории Зильбера и ее творца? Нет, это не так. В статье Жданова есть такие слова: "Потребовался совершенно новый подход к монистическому пониманию механизмов вирусного канцерогенеза, а эту задачу выполнил Л. А. Зильбер — основатель вирусогенетической теории рака и других неопластических процессов. Сама по себе мысль о возможной вирусной этиологии рака была не нова, так как она высказывалась и до открытия вирусов птичьего миелобластоза и саркомы Рауса, так и особенно после этих открытий. Заслуга Л. А. Зильбера, выступившего впервые с изложением своей концепции в 1944 — 1945 годах, состояла в том, что он предугадал своеобразный механизм вирусного канцерогенеза, отличный от механизма вирусной инфекции, смело распространив механизм лизогении у бактерий для объяснения вирусного канцерогенеза.

Основной идеей вирусогенетической теории рака являлось положение, согласно которому при неопластическом процессе происходит интеграция вирусного генома с клеточным, и поэтому рак относится не к инфекционным, а к интеграционным процессам. Физическим или химическим канцерогенам в этой теории была отведена роль индукторов или провокаторов активности онкогенных вирусов. Таким образом, была создана унитарная теория канцерогенеза. Л. А. Зильбер предполагал, что опухолеродный вирус являлся своего рода спусковым крючком, включавшим цепь событий, конечным итогом которых являлось превращение нормальной клетки в опухолевую..." О какой же недооценке может идти речь? Нет, тут дело в другом.

Как это ни парадоксально, но причиной столь "сурового" обращения Жданова с вирусогенетической концепцией рака в 1984 году явились... колоссальные успехи в ее развитии. Следуя по пути, указанному Л. А. Зильбером, ученые за последние десятилетия открыли так много новых фактов, что под их грузом сама вирусогенетическая концепция рака вдруг кому-то показалась Птолемеевской системой, то есть системой взглядов, хотя и полезной в частностях, но абсолютно неверной в основном, в самом главном. Мы сказали: "Кому-то показалась", но ведь среди них не "кто-то" безымянный, а сам Жданов — универсальнейший специалист в области и общей, и молекулярной, и онковирусологии! Что же привело к такой парадоксальной ситуации, какие именно факты столь существенно отразились на оценке всех концепций в целом?

Кратко говоря, за последние два десятилетия в вирусогенетическую концепцию рака "вошли", а точнее — из нее "вышли" две крупные группы новых фактов: обратная транскрипция и учение об онкогенах. Об обратной транскрипции мы говорили много в предыдущей главе, вспомним о ней и дальше. А сейчас надо хотя бы кратко рассказать об онкогенах.

Исследования 70-х годов, когда научились идентифицировать отдельные вирусные гены, показали, что в структуре онкогенных вирусов содержатся особые гены, ответственные за клеточную трансформацию и образование опухолей в организме. Впервые такое открытие было сделано опять-таки на вирусе саркомы Рауса. В 1970 году в геноме этого вируса нашли специальный ген, который назвали саркген — SRC-ген, или онкоген, отличающийся от трех других генов, кодирующих соответственно внутренние белки (gag-ген), поверхностные белки (env-ген) и ревертазу (pol-ген). Затем аналогичные гены обнаружили в составе других ретровирусов, а также мелких (ОВ40) и крупных (герпес) ДНК-содержащих вирусов.

Способность вирусов к злокачественной трансформации клеток впервые стала реально ассоциироваться с активностью специальных генов, продуцирующих конкретные онкобелки, химические свойства которых хорошо изучены.

Позднее установили клеточное происхождение вирусных онкогенов. Впервые наиболее четко это положение обосновал советский ученый А. Д. Альтштейн еще в 1973 году, показав, в частности, что у ретровирусов онкогены не нужны для репликации, а у ДНК-содержащих опухолеродных вирусов они в ходе эволюции стали необходимыми для репликации и поэтому, перестав быть клеточными генами, превратились в гены вирусные.

Особый интерес представляют онкогены ретровирусов, так как все они имеют гомологичные участки в геноме нормальных и опухолевых клеток, так называемые протоонкогены. Непостижимо, но факт: генетические структуры, открытые в составе весьма специфических агентов — ретровирусов птиц и некоторых млекопитающих, "подаренных" медицине и биологии энтузиастами-сторонниками и последователями вирусной теории рака — оказались необходимыми и обязательными элементами нормального генотипа не только животных, но и человека. Более того, выяснилось, что эти элементы принимают активное участие в процессе злокачественной трансформации клеток, независимо от того, под действием какого фактора она произошла: физического, химического или биологического, включая вирусы. Как тут не вспомнить слова выдающегося французского ученого лауреата Нобелевской премии Ж. Моно: "Что верно для кишечной палочки, то верно и для слонов?"

Итак, онковирусология дала в руки медиков и биологов исключительную возможность — с помощью открытых ею ретровирусов "метить" гены рака в нормальных и опухолевых тканях. И не просто метить, но и устанавливать степень активности. Специальные методы позволяют определить степень активности каждого онкогена (уровень его экспрессии, способности с большей или меньшей интенсивностью синтезировать на себе как на матрице информационную РНК, транслирующуюся затем в специфические онкобелки) и связать ее с той или иной формой и стадией злокачественного новообразования. И все это за полтора десятилетия!

Хорошо охарактеризовали сегодняшнее состояние рассматриваемой проблемы ленинградские онкологи И. Ф. Сейц и П. Г. Князев, заключая свою книгу "Молекулярная онкология":

"Все величие прогресса в познании опухолей в наше время можно продемонстрировать сопоставлением нынешнего уровня знаний об опухолях со следующими высказываниями выдающихся представителей науки.

Р. Вирхов: "Никто, даже под пыткой, не мог бы сказать, что же такое на самом деле раковая клетка".

Дж. Гриншнейн: "По каким-то непонятным причинам исследования в области рака стали кладбищем для многих научных репутаций"...

Примерно 80 и 40 лет, соответственно, отделяют нас от этих безрадостных мыслей исследователей, знавших о раке много больше своих современников. Но какие изменения произошли за это время!"

Добавим: почти все это дали онкологии вирусологи, страстно желавшие выделить и изучить вирусы рака. Фактически же, выделив несколько вирусов, в основном достаточно экзотических, вирусологи научились (повторим!) метить и исследовать гены рака, но при этом... потеряли вирус. Да, да! Мы не оговорились: онковирусология, достигшая столь впечатляющих успехов, по словам тех же процитированных выше авторов "потерпела в принципе серьезную неудачу в достижении основной своей цели — поиске и доказательстве существования реальных вирусов, вызывающих рак у человека. Сегодня реально можно говорить, по-видимому, лишь об одном злокачественном заболевании человека, ассоциированном с онкогенным ретровирусом, а именно — Т-клеточной лейкемии. Других надежных свидетельств связи опухолевых заболеваний человека с вирусами в настоящее время нет".

Главным успехом онковирусологии наших дней следует считать открытие онкогенов — дискретных материальных генетических элементов в структуре ДНК клеток, ответственных за индукцию злокачественных опухолей у человека и животных. Это направление исследований, по-видимому, наиболее перспективно в современной теоретической онкологии. Онкогены обнаружены в геномной ДНК не только животных, но и человека, а вероятность их участия в индукции опухолей продемонстрирована молекулярно-биологическими экспериментами. Изучение вирусного канцерогенеза внесло ценный вклад в теоретическую онкологию и в расшифровку молекулярных механизмов канцерогенеза, причем концепция онкогенов, рожденная в недрах онковирусологии по мнению Сейца и Князева, возможно, станет фундаментом универсальной теории онкогенеза. Универсальной, но не вирусной — добавим мы.

Вот уж поистине — горе от ума! После стольких лет исканий, борьбы, открытий прийти к отрицанию изначальной идеи, что все виды рака вызываются вирусами (помните о "спусковом крючке" Зильбера!). Именно эти соображения, по-видимому, и заставили В. М. Жданова поставить в заголовок своей статьи столь жесткие слова — "Развитие... и закат (!) вирусогенетической теории рака". Все было бы совсем печально, если бы не он сказал в той же статье: "На смену вирусогенетической теории приходит транспозонная теория". Но можно ли так ставить вопрос? Такая ли уж пропасть между вирусами и транспозонами, как между Птолемеем и Коперником?

Мы не имеем возможности говорить здесь подробно о транспозонах. Самое главное о них мы сообщили в предыдущей главе. Сейчас для нас важно как можно тщательнее сравнить их с вирусами и решить, "кто есть кто". И здесь нам более всего помогает... сам В. Д. Жданов. "Если считать транспозоны важными генетическими элементами, которые не только способны перемещаться внутри генома, но и транслодировать в нужные области некоторые гены из прочно заблокированных участков генома, то становится понятной и биологическая роль ДНК-провирусов как особого класса транспозонов (подчеркнуто нами. — Д. Г., Вл. С.), имеющих к тому же собственные гены, которые, став клеточными, принимают определенное участие в клеточной дифференциации... пролиферации и регенерации..."

Здесь надо сделать важное отступление. До сих пор слово вирус мы употребляли в общем достаточно однозначно, и лишь с помощью прилагательных инфекционный и интеграционный подразделили их на две принципиально разные группы. Всего на две! Получается, что для нас "все кошки серы". Такая приблизительность опасна для столь деликатного дела, как решение судьбы целой концепции.

И в доказательство приведем данные Е. Р. Заборовского о том, что существует по меньшей мере пять различных категорий таких агентов среди ретровирусов, отличающихся друг от друга самым существенным образом.

Прежде всего это саркомные вирусы, способные индуцировать после короткого инкубационного периода появление саркомы почти у 100 процентов чувствительных к ним животных и определенным образом трансформировать клетки в культуре. (Заметим, что это типичные вирусы. Типичные — в том смысле, который вкладывал в этот термин Д. И. Ивановский в 1982 году и который вкладывает в него сегодня любой медик и даже человек, не связанный ни с биологией, ни с медициной, но знающий о вирусах как пациент.) Типичный представитель этой группы агентов — хорошо известный нам вирус саркомы Рауса.

Две другие группы составляют, в общем, типичные вирусы, вызывающие лейкозы (по существу, тоже злокачественные новообразования только системного характера) у восприимчивых животных и трансформирующие клетки в культуре. Сюда относится и возбудитель Т-клеточного лейкоза человека (единственный, как мы уже говорили, достоверный возбудитель опухолевого процесса у человека). Две группы возбудителей лейкозов (I и II типа) отличаются по длительности инкубационного периода.

Четвертая группа ретровирусов может вызвать так называемые лимфоцитарные лейкозы (обусловливать злокачественную трансформацию лимфоцитов) у некоторых чувствительных животных после весьма длительного латентного периода. В культурах ткани размножаются без видимых цитопатогенных изменений. Эти агенты — тоже вирусы, но относящиеся скорее к латентным и "медленным" представителям царства Вира. В их природе много загадочного, но тем не менее слово вирус к ним еще вполне применимо.

Но вот последняя, пятая, группа обозначается как неонкогенные (эндогенные) ретровирусы, не вызывающие никаких обнаруживаемых изменений ни в организме животных, ни в культуре ткани. Что же это такое? Кому придет в голову назвать эти образования вирусами? Только специалисту — молекулярному онковирусологу, который для их выявления использует препараты обычных ретровирусов (например, при постановке реакции молекулярной гибридизации). Всякий другой биолог назовет это образование геном, а современный молекулярный биолог — транспозоном. Вот и сомкнулись понятия вирусы и транспозоны.

А теперь мы можем поставить точку еще над одним "i": вирусы, подобные эндогенным ретро (или проретро) вирусам, никак нельзя отнести к категории живых существ, аналогичных вирусу кори или оспы: они не "борются" за свое существование, не "озабочены" продолжением жизни своего собственного вида (как это делает, например, вирус гриппа), они — часть генетического аппарата клетки, они живое вещество (и тут Д. Голубев абсолютно согласен с В л. Солоухиным), участвующее, как уже говорилось, в процессах эмбриогенеза, дифференциации, пролиферации и регенерации. Но, как справедливо отмечает В. М. Жданов, "любая биологическая система не является абсолютно совершенной, что можно отнести и к транспозонам. Захват и перенос ими под сильные промоторы генов, регулирующих функциональную активность биологически важных белков, которыми являются протеин-киназы, может иметь катастрофические последствия, нарушая строго сбалансированный рост клетки и превращая нормальную клетку в раковую. Такова плата за полезную деятельность транспозонов".

Сегодня слово вирус звучит недостаточно конкретно применительно к таким разным объектам, как эпидемические (инфекционные) вирусы, с одной стороны, и ретровирусы — с другой. Ретровирусы — это не просто семейство РНК-содержащих вирусов, это особый класс подвижных генетических элементов, иногда обладающих некоторыми свойствами вирусов инфекционных (вирус саркомы Рауса), но часто начисто лишенных их (эндогенные проретровирусы). Однако необходимость более четкой терминологической идентификации понятий ни в коей мере не умаляет значения вирусогенетической концепции онкогенеза Л. А. Зильбера, который термином "интеграционный вирус" в значительной степени детерминировал принципиальную отличность этих агентов от возбудителей острых инфекционных заболеваний. Сейчас в этот вопрос можно внести значительно большую определенность. Дело заключается в том, что не ретровирусы напоминают транспозоны, а некоторые транспозоны ведут себя как вирусные частицы. Отсюда следует, что открытие первых онкогенных ретровирусов в начале XX века, по существу, было открытием первых транспозонов. Так что "король" не умер, а продолжает здравствовать!

 

Глава десятая. Есть ли полезные вирусы?

Сегодня специалисты насчитывают уже не менее 500 различных болезней, в возникновении которых в той или иной степени виноваты вирусы. Среди них и такие тяжелые, практически неизлечимые, как бешенство, и такие вроде бы легкие, на которые человек старается не обращать внимания, как ОРЗ. А между этими полюсами — вся гамма переходов. Достаточно назвать лишь самые распространенные, чтобы составить представление об их разнообразии как по степени тяжести, клинической картине, так и по механизму возникновения.

Натуральная и ветряная оспы, желтая лихорадка, грипп, различные энцефалиты, инфекционные гепатиты, многие злокачественные опухоли и бородавки, СПИД, хронические и медленные инфекции нервной системы, корь... Короче, повторяем, в возникновении примерно 500 заболеваний вирусы, несомненно, повинны.

И потому нет ничего удивительного, что почти 100 лет вирусология развивалась как дисциплина, изучающая в основном различную патологию. Но постепенно в умах ученых стала формироваться и другая идея: если вирусы так широко распространены в природе, если они обнаруживаются чуть ли не в любом живом организме (не всегда при этом вызывая заболевания), если их так много и они столь разнообразны, то вряд ли они за миллионы лет эволюции не приобрели себе какой-нибудь и позитивной роли, не стали в чем-то необходимыми своим хозяевам — макроорганизмам.

И если сегодня подобная точка зрения еще не стала общепринятой, если о ней пока не говорят в учебниках, то это, в частности, потому, что теоретические предпосылки такого рода очень трудно подтвердить практическими наблюдениями и экспериментами. Ну как действительно сконструировать опыт по подтверждению полезности вирусов?

Кроме того, существует и определенная иерархия научных проблем, если хотите, очередность в их изучении. И если, скажем, СПИД сегодня уносит ежегодно тысячи жизней во всем мире, то именно его изучению и созданию профилактических и лечебных препаратов для лечения этого заболевания уделяется особое внимание.

Возможно, как раз этим обстоятельством можно объяснить весьма парадоксальную ситуацию, сложившуюся с установлением положительной роли вирусов в биосфере — о ней охотней говорят и пишут радиобиологи и невропатологи, генетики, эпидемиологи и врачи-инфекционисты, нежели сами вирусологи. Впрочем, в одном из обзорных докладов несколько лет тому назад В. М. Жданов назвал вирусы "переносчиками передового опыта в биосфере". Тогда он не смог привести в пользу этого афористического определения никаких подтверждений, кроме основанной на здравом смысле догадки: размеры многих вирусов сопоставимы с размерами носителей наследственной информации — генами и имеют с ними принципиально одинаковое строение.

Что можно сказать об этом сегодня? Мы решили сделать это порознь.

Вл. Солоухин:

После открытия транспозонов концепция о существовании полезных вирусов выглядит куда более обоснованной. Вернемся вновь к этой проблеме в свете открытия доктора биологических наук Т. И. Герасимовой и ее товарищей.

Как известно, наследственность передается с помощью специального кода, который заложен в генах. Эти мельчайшие образования (ученые подсчитали, что все гены, которые определяют наследственность 5 миллиардов живущих сегодня на земном шаре людей, не наполнили бы и наперсток), отвечающие каждый за один какой-то признак или свойство будущего организма, сгруппированы по принадлежности в хромосомы. В первом разделе книги мы уже сравнивали хромосомы с каталожными ящиками, а гены — с карточками в них. Продолжим это сравнение.

В нижней части каждой карточки есть отверстие, через которое пропущена толстая проволока или трубка. Благодаря этому карточки, обладая некоторой свободой перемещения, удерживаются на месте и не могут выпасть, даже если ящик перевернуть вверх дном. Так же и гены — за счет сил притяжения они оказываются каждый на своем месте при различных изменениях с хромосомами: их репликации, расхождении и т. д.

Все это было известно уже достаточно давно, примерно четверть века назад или даже больше. И не вызывало никаких возражений: порядок должен быть во всем, в том числе и в наследственном механизме. Однако если генетиков это устраивало, то эволюционисты никак не могли успокоиться, поскольку среди ископаемых останков животных существ нет плавной линии перехода от одного типа к другому. В частности, если бы эволюция совершалась плавно (по Ч. Дарвину), то должны были бы существовать переходные формы от земноводных к рептилиям, от обезьян к человеку... Но их нет. И все чаще ученые вспоминают Ж. Кювье, который постулировал, что эволюция совершается скачками, ступенчато.

Можно, конечно, признать и ступенчатость, но каков механизм скачкообразных изменений и что периодически вызывает своего рода эволюционные взрывы? Предположений по этому поводу много: кто-то связывает скачки в эволюции с периодическими изменениями активности нашего светила, в результате чего резко возрастает поток жесткого излучения, достигающего Земли; кто-то называет еще более далекие адреса — Галактику в целом. Активно обсуждается сейчас "урановая" гипотеза С. Г. Неручева, предположение об изменениях орбитального ритма Земли В. А. Красилова и ряд других.

Не вдаваясь в эти, пусть и очень интересные, но не лежащие в русле нашей темы, вопросы, вернемся к вирусам. Какое отношение имеет к ним открытие Герасимовой? А вот какое. Напомним: она обнаружила, что не все гены прочно прикреплены к определенному месту в хромосоме. Есть и такие, которые в обычных условиях находятся в спокойном состоянии, лежат на месте смирно, но стоит произойти какому-нибудь "встряхивающему" событию (как если бы уронили каталожный ящик), и из многих тысяч генов несколько со своего места "вывалятся".

Нестабильные гены при перемещении в пространстве свои функции не меняют: как определяли они, допустим, форму крыла или цвет глаз (все исследования Герасимовой выполнены на классическом объекте генетиков — дрозофиле), так и продолжают определять. И с эволюционных позиций важно не это. Интересно и важно другое: место, где находились нестабильные гены до перемещения, освобождается, более того, оно обладает большей притягательной силой для других свободных генов или (но это уже мое предположение)... вирусов.

Большая притягательная сила обусловливается тем, что нестабильный ген уходит со своего места не совсем, а оставляет в ячейке, где находился, по образному выражению Герасимовой, "липкий хвост". Как выглядит этот "липкий хвост", пока не установлено — размеры гена не позволяют разглядеть его даже в электронный микроскоп, но поведение других нестабильных генов, которые попадают при очередных передвижках не просто куда-нибудь, а, как правило, именно в места, оставленные предшественниками, доказывает, что там их что-то привлекает.

Ну а приклеившись, встроившись в геном клетки, новые гены (или вирусы?) способны оказать определенное воздействие на наследственность. В каких-то случаях эти изменения оказываются неблагоприятными для жизни и здоровья, в других, наоборот, полезными и благоприятными. Но это уже естественный отбор отделит первых от вторых. Если такое произойдет с хромосомой соматической клетки, любые изменения умрут вместе с организмом, если с хромосомой половых клеток — передадутся по наследству.

Очевидно, первопричиной "встряхивания каталожного ящика" в подобной ситуации являются не вирусы, они просто в нужный момент находятся под рукой. Хотя, возможно, в будущем удастся доказать участие вирусов в механизме "встряхивания". Но даже вот это — находиться в нужное время в нужном месте — очень важно.

Конечно, можно, даже не слишком усердствуя, увязать между собой для объяснения эволюции сразу три гипотезы — "урановую" С. Г. Неручева, нестабильных генов и "липких хвостов" Т. И. Герасимовой и вирусную. Логично предположить, что повышенное радиоактивное облучение живых существ, во-первых, заставляет хромосомы "встряхиваться", а во-вторых, подавляя иммунитет, облегчает проникновение вирусов внутрь организма...

Ну а если это предположение не нравится, если у кого-то все еще есть сомнения в позитивной роли вирусов в биосфере, можно предложить еще одну гипотезу. Она принципиально способна сосуществовать с изложенной выше, но может быть и самостоятельным механизмом. Но прежде несколько вступительных фраз.

Каждый организм, начиная от одноклеточных инфузорий и кончая многотонным китом, — живая крепость, бастионы и равелины которой хуже ли, лучше ли позволяют достаточно долго и успешно противостоять различным неблагоприятным факторам внешней среды. Среди этих факторов и возбудители инфекционных заболеваний — бактерии и вирусы.

Конечно, по мере усложнения организации жизни вооружение крепости совершенствуется и оттачивается. И если говорить о высших животных, о млекопитающих, к которым относится и человек, то надо признать, что оно гораздо мощней и надежней, чем у какой-нибудь амебы.

Сегодня о механизмах защиты известно многое, но, бесспорно, не все. По крайней мере, о защитных функциях третьего элемента крови — тромбоцитах, существует только гипотеза. Гипотеза эта разработана доктором биологических наук, специалистом в области радиобиологии и электронной микроскопии Н. В. Лысогоровым, прожившим недолгую, но насыщенную жизнь (1926 — 1985). Разработки Лысогорова касаются не только функций тромбоцитов как противовирусного фактора, они во многом по-новому заставляют взглянуть вообще на эти форменные элементы крови, но, экономя место, про другие их функции мы говорить не будем.

Итак, нас интересует лишь несколько частностей. Например, форма и размеры тромбоцитов. Находясь в кровеносном русле, в составе жидкой крови, тромбоциты не превышают в диаметре половину микрона. А вот распластавшись на какой-нибудь поверхности (стенке кровеносного сосуда, лабораторном стекле), они закрывают собой площадь в 2 — 5 квадратных микрон. Очень интересно, что тромбоциты, несмотря на название (окончание "цит" — от греческого "цитос" — "клетка"), фактически клетками не являются: у них нет ядра, нет митохондрий. Их содержимое — однородная, очень тонкозернистая цитоплазма.

Интересен их жизненный цикл: кровяная пластинка (еще одно, более правильное название тромбоцита) выбрасывается из породившей ее клетки костного мозга вполне зрелым образованием, в перспективе у нее только старость и гибель. Все остальные фазы: рождение, детство, юность прошли, когда она была еще частичкой материнской клетки. Это очень важный момент: тромбоцит в кровеносном русле не боится вирусов. Никаких. Ведь вирус может разрушить клетку, только внедрившись в ядро и задавая свои задачи генетическому аппарату. Если нет ядра, нет генетического аппарата, повредить клетке вирус не может.

Ну а наблюдения показывают, что и взаимоотношения между тромбоцитами и вирусами строятся не так, как с целым рядом других клеток. Каким-то образом определив, что в кровяной пластинки нет ядра, вирус не впрыскивает внутрь клетки свою хромосому, а остается на поверхности, правда, хорошо приклеившись к ней. Еще один примечательный факт. Рождаясь не как все клетки — делением материнской, а образовавшись внутри ее (ученые, наблюдавшие этот процесс, сравнивают его с беременностью, когда ядро гигантского мегакариоцита оказывается буквально облепленным сотнями юных тромбоцитиков, находящихся под материнской оболочкой до созревания), кровяные пластинки покрыты не настоящей плотной мембраной — она осталась у материнской клетки — а некой клейкой субстанцией.

Вот к ней и приклеиваются вирионы. А поскольку общая площадь всех тромбоцитов солидна: в каждый момент в кровеносном русле взрослого человека в норме их циркулирует столько, что тромбоциты способны покрыть сплошным слоем не менее 200 квадратных метров, то и вирусов наклеить на себя они могут предостаточно. А затем, "поглотив" или "проглотив" их, инактивировать. То есть сделать безвредными уже для всего организма.

Но только инактивацией вирусов дело не ограничивается. В гипотезе Н. В. Лысогорова есть еще одно, весьма импонирующее мне положение. В организме тромбоциты выполняют несколько функций, и среди них одна из важнейших (это уже не гипотеза, а строгий научный факт) — выделение в раневую ткань специального белкового вещества, которое называется тромбоцитарным фактором роста. Этот белок — его сокращенно обозначают аббревиатурой ТФР — стимулирует деление клеток, их рост, а в результате обеспечивается заживление раны, образование своего рода "заплаты" на поврежденной ткани.

Углубленное исследование, проведенное в 80-е годы англичанином М. Уотерфильдом, показало, что ТФР удивительно похож на белок вирусов, вызывающих раковые опухоли. Одинаковыми оказались и состав и порядок чередования аминокислот. Более того, и механизм действия одинаковый, с той лишь разницей, что в норме новые клетки растут только, пока не закроют рану, а в опухолях их рост безудержен.

Основываясь на этих фактах, Уотерфильд предложил свою, оригинальную гипотезу образования опухолей, Лысогоров же поставил вопрос в другой плоскости: а откуда у тромбоцита появляется ТФР, то есть практически, вирусный белок? Ведь сами тромбоциты к синтезу белка не приспособлены, да и в момент их "рождения" из мегакариоцита ТФР в кровяных пластинках нет.

Лысогоров пишет: "Не идет ли речь об элементах "мирного сосуществования" или даже симбиоза вирус-тромбоцит на благо высшего организма? Не сложились ли за миллионы лет эволюции между вирусами и теплокровными иные отношения чем враг — враг?

Ведь мы вправе предположить, что попадающий после фагоцитирования в кровяную пластинку белок вируса (вирус-то поглощается тромбоцитом целиком вместе с белковой оболочкой) внутри тромбоцита окончательно трансформируется в фактор роста, заживляющий раны. И тогда нормальный тромбоцит (и организм) не может существовать без вирусов..."

Как бы ни было, но сегодня голоса тех, кто говорит о вирусах не только как о врагах, но и необходимом элементе биосферы, выполняющем в ней позитивную роль, звучат если не мощным хором, то все же достаточно громко. Бесспорно, нельзя все вирусы стричь под одну гребенку, подход к ним должен быть дифференцированным. Хотя, возможно, и это не бесспорно.

Сегодня, когда мощь цивилизации многократно возросла, человечеству под силу многое. Ежегодно с лика Земли исчезает в среднем около 70 видов животных (не считая растений, которых исчезает не меньше), а в десятки раз большее число видов, стоящих на грани исчезновения, заносят в Красные книги. Отдельные государства и интернациональные организации тратят огромные средства на сохранение какого-нибудь жучка или паучка. И одновременно с этим как величайшая победа не только медицинской науки, но и всей цивилизации в целом воспринята весть о полной ликвидации на планете натуральной, или черной оспы. С воодушевлением готовится наступление на некоторые другие вирусные болезни — полиомиелит, корь...

Нельзя, разумеется, ставить знак равенства между ликвидацией болезни и уничтожением на всей планете вируса, эту болезнь вызывающего. И все же...

Так где же истина? Приемлем ли в отношении к вирусам общебиологический принцип, согласно которому любые существа не просто имеют право на существование, но и необходимы для нормального функционирования биосферы? Ответа пока не знает никто. Почему? Прежде всего из-за "оголтелого антропоцентризма", как выразился автор одной популярной книги профессор К. Г. Уманский. В самом деле, считать, что природа любит человека больше, чем самого неказистого моллюска или ядовитого скорпиона — значит предаваться приятным заблуждениям.

Вероятно, без одних вирусов человек не только может, но и должен обходиться. Иначе... впрочем, выбора нет. Напомним, что заболевание, вызываемое вирусом бешенства, практически во всех случаях смертельно, умирают все заболевшие. Есть много инфекций, при которых смертность пусть не достигает ста процентов, но приближается к этой цифре. Но даже и не такие тяжелые вирусные заболевания наносят невосполнимый урон нашей человеческой популяции.

Когда пишешь или читаешь книжку, когда не видишь воочию этих больных, когда среди них нет твоего ребенка, можно рассуждать относительно отвлеченно, более или менее спокойно сравнивать между собой разные инфекции и говорить, что если при одной смертность тридцать процентов, а при другой умирает шесть из десяти заболевших, то первая "в два раза лучше".

Но подобные рассуждения сразу же забываются, если речь заходит о близких тебе людях. И никак не хочется назвать хорошей или даже легкой болезнь, при которой неблагоприятный исход встречается, как пишут в руководствах, "исключительно редко"; а если этот редчайший случай приходится на твоего ребенка?

Есть ли абсолютно безопасные, не вредящие здоровью вирусные инфекции? Не знаем. Может быть, и нет таких. Есть ли вирусные заболевания, приносящие организму пользу? Гипотезы мы уже изложили, а твердо установленного, научно обоснованного ответа нет. Сложность заключается еще и в том, что результат иногда (a может, и как правило) бывает далеко отодвинут от начала действия. Перенесенное в детстве заболевание может "аукнуться" в зрелом возрасте. Результат может проявиться не у того человека, который болел вирусной инфекцией, а только у его сына или внука. Более того, последствия вообще могут носить, так сказать, экологический характер и не иметь внешне никакого отношения к ОРЗ или ветрянке, которыми страдал кто-то из предков.

Вирусы, вирусные инфекции могут оказывать положительное влияние на популяцию, но при этом убивать отдельных ее представителей. Если подобным образом поступает волк, щука или любой другой хищник, мы считаем это оправданным, целесообразным, с позиции эволюции биосферы — мудрым. В отношении же вирусов смириться с этим мы не согласны.

Где же выход, какую стратегию следует считать правильной? Делить вирусы, помимо уже существующей классификации, еще на две группы — подлежащие уничтожению и такие, с которыми можно сосуществовать? И против первых обрушить всю мощь современной науки и техники? Но есть ли гарантия, что оставшиеся "безвредные" или "почти безвредные" возбудители, не встречая в привычных местах обитания другие вирусы, не станут вдруг "зловреднее"? Ведь явление интерференции, в результате чего один из вирусов или даже оба, попавшие одновременно в один организм, почти полностью инактивируются, сегодня уже хорошо известно.

Вопросы, вопросы... Кто и когда сможет на них ответить! А ведь меры принимаются уже сейчас: миллионами доз выпускаются вакцины, десятки различных противовирусных препаратов если и не лежат на витринах аптек, то в самое ближайшее время могут там оказаться.

Д. Голубев:

Мне хотелось бы обсудить статью наиболее активного сторонника возможной полезности вирусов — профессора-инфекциониста К. Г. Уманского. Статья эта называется "Убиквитарность вирусов и презумпция невиновности (факты, концепция)" и является, с моей точки зрения, прямо-таки манифестом адвокатов царства вирусов (одно название чего стоит!).

В рассматриваемой статье К. Г. Уманский сделал попытку обосновать новую концепцию вирусов и их роли в биосфере. Основные элементы рассуждений автора сводятся к следующему:

1. Положение об убиквитарности (вездесущности) всех вирусов, беспредельно насыщающих все без исключения биологические объекты и среду обитания;

2. Представление о вирусах как об элементах генетической информации, свободно перемещающейся от одного хозяина к другому, и необходимость функциональной и адаптационной перестройки организмов;

3. Эксквизитность (редкое исключение) на этом фоне всей вирусиндуцируемой патологии. Представление о вирусном заболевании как "о болезни адаптации", в которой ведущими факторами являются особенности иммунных механизмов. По автору, "для возникновения целого ряда вирусных заболеваний нужны не столько сами вирусы, сколько предуготовленность конкретного организма (точнее, его "иммунная дефектность, определяющая возможность заболевания").

Итак, по К. Г. Уманскому, вирусы — полноправные, вездесущие и необходимые звенья биосферы, роль которых (в основном!) сводится к участию в адаптационных процессах, причем не только в адаптации к условиям среды обитания, но и во взаимной адаптации органов в пределах организма, во взаимной адаптации различных организмов в среде обитания и, наконец, в эволюции в целом. Отсюда упоминавшаяся уже эксквизитность всей (!) вирусиндуцируемой патологии, главной причиной которой является неполноценность иммунных механизмов, а не "злой нрав" вирусов. Отсюда же "презумпция невиновности" вирусов, грубо нарушаемая укоренившимися представлениями о фатальной роли вирусов в генезе заболеваний как естественное следствие позиции "оголтелого антропоцентризма" (!).

Каково мое мнение по всем этим вопросам?

Убиквитарность вирусов сомнений не вызывает. Еще в 1975 году В. М. Жданов и Т. И. Тихоненко отметили, что "по мере изучения вирусов складывается картина убиквитарности этих паразитов, поражающих все формы растительной и животной жизни на Земле".

Что же представляют собой эти вездесущие существа? По К. Г. Уманскому, "вирус является образцом экономической вершины природы, где в бесконечно малом пространстве сосредоточена не только мощная программа к дальнейшему действию, но и не менее мощная система своеобразных стимуляторов трансформации, система, способная переключить, "переиначить" деятельность клетки как на короткое, так и на длительное время".

Вот тут уже возникают вопросы. Действительно, в каждом живом существе заключена некая "мощная программа к дальнейшему действию", но эта программа в самом общем виде всегда и прежде всего (!) направлена на сохранение жизни вида этих существ. Нет никаких оснований считать, что на вирусы (типичные, широко известные, те, которые мы называем "инфекционными") эти общебиологические закономерности не распространяются. Другой вопрос, какими средствами особи данного вида реально осуществляют свое "видовое бессмертие". Естественно, что эти средства весьма различны у представителей разных типов живых существ, скажем, хордовых, членистоногих или простейших. Вряд ли есть необходимость приводить соответствующие примеры. Но вот у вирусов все это опосредовано клеткой и только клеткой в силу самой организации вирионов как внутриклеточных паразитов, лишенных собственных рибосом.

Формы взаимоотношений вирусов и клеток бесконечно разнообразны, и наверняка среди них есть такие, которые мы сегодня не знаем и о которых только догадываемся. Не исключено, что среди этих форм есть и такие, которые способствуют адаптации, дифференцировке и эволюции клеток и их сообществ. Может быть! Подобные гипотезы Жданов, в частности, в отношении клеток многоклеточных организмов высказывал. Что же касается бактерий и бактериофагов, то здесь многое уже доподлинно известно. Так, показано, что фаги могут не только лизировать соответствующие бактериальные культуры, но и выступать в роли мощных регуляторов генетической стабильности и генетической изменчивости популяций бактерий, перенося галактозный, триптофановый и другие опероны, так называемые факторы фертильности, устойчивости к антибиотикам, токсигенности и других признаков, полезных бактериям.

Я не собираюсь полностью отвергать изложенные в статье смелые гипотезы Уманского о генетической полезности, а возможно, и целительности отдельных вирусов. Всякая гипотеза имеет право на существование, но вряд ли стоит обвинять человечество в том, что оно в силу "естественного эгоцентризма" в первую очередь обнаружило повреждающее действие ряда вирусов, ведущее, как отмечает и сам Уманский, "к поражению организма", "к вирусным заболеваниям", которые "все же (I) существуют".

Да, существовали, и, к сожалению, существуют, и человечество могло пока "не заметить" роли вирусов в эволюции, но не могло "не заметить" оспы, бешенства, желтой лихорадки, гриппа, а теперь еще и СПИДа и т. д. и т. п. Все эти острые и медленные инфекции, а также опухоли, возникают в результате цитопатического действия вирусов на клетки или интеграции их геномов. Обе формы взаимоотношений вирусов и клеток, безусловно, вредны и опасны, а их последствия, естественно, оправдывают интерес специалистов-медиков именно к ним и их последствиям.

Но Уманский прав, что, оценивая вирусную болезнь и ее место в природе, "нельзя отталкиваться от однозначной биологической единицы. Необходима широкая популяционная, экологическая оценка этого явления". Именно такая оценка содержится в сформулированном В. Д. Беляковым законе саморегуляции эпидемического процесса на основе взаимодействия неоднородных популяций паразитов и хозяина. Именно саморегуляция обеспечивает при этом сохранение жизни вида паразита-возбудителя, своевременно чередуя фазы резервации возбудителя и фазы его эпидемического распространения.

Во время таких смен вирус выступает то в роли "беспощадного убийцы" — цитоцидного фактора, уничтожающего миллионы клеток, то в качестве персистирующего агента, биологическая активность которого едва заметна, но, быть может, на каком-то этапе он выполняет и роль "генного инженера", улучшающего какие-то свойства клеточной популяции. Но все это во имя продолжения жизни своего вида, а не улучшения адаптационных и эволюционных особенностей организмов, в которых вирусы паразитируют.

Все сказанное не исключает двух верных (с моей точки зрения. — Д. Г.)моментов в позиции Уманского: указания на роль иммунных систем в развитии вирусных инфекций и привлечения внимания к возможной "полезности" вирусов. Но эта последняя не может и не должна отвлекать нас от усилий по борьбе с вирусными инфекциями.

У вирусов — возбудителей оспы, бешенства, лейкозов, куру и десятков других болезней нет презумпции невиновности. Их вина перед людьми доказана абсолютно и точно. Реабилитации ожидать не приходится!

"Критерием любой новой теории является ее емкость, возможность привести в достаточно стройную систему факты, кажущиеся разрозненными, и прогнозировать открытие новых фактов и закономерностей. Нам (К. Г. Уманскому. — Д. Г.) кажется, что представленная концепция в значительной степени отвечает этим требованиям". Такова авторская заявка. Я с ней не могу согласиться. Позиция К. Г. Уманского при всей правильности его иммунопатологических построений и смелости гипотезы о положительной роли вирусов игнорирует важнейшие и бесспорные положения эпидемиологии, вирусологии и клиники инфекционных болезней, буквально выстраданные человечеством в борьбе с инфекциями.

Весь мой пафос направлен против собственно инфекционных вирусов, известных нам как возбудители вирусных инфекций или вирусных опухолей. Что же касается некоторых ретровирусов, выполняющих совсем иную биологическую роль, находящихся в принципиально иных взаимоотношениях с клеточным геномом и по существу являющихся транспозонами, то к ним все указанные мной категории не применимы. Это требует иной методологии для оценки ретровирусов. Мне не хочется говорить, что они полезны, но, если они именно таковы, как я себе представляю, то они более чем полезны, они необходимы!!!

Дискуссия о биологической роли вирусов в биосфере имеет непосредственное отношение к вопросу об их будущем (филогенетическому прогнозу). Одно дело прогнозировать филогенез вездесущих адаптогенов, без которых невозможна репарация, адаптация всякого рода и даже эволюция в целом, и совсем другой вопрос — обсуждать перспективы существования вирусов как универсальных патогенных факторов, монопольных возбудителей самых разнообразных острых, хронических и медленных инфекций, а также злокачественных новообразований. Транспозоны как таковые подлежат изучению, инфекционные вирусы — уничтожению (если это физически возможно), или такому ограничению своей активности, которая сделала бы жизнь людей, животных и растений по возможности безопасной!

 

Глава одиннадцатая. Все ли вирусы нам известны?

О написании этой главы вместе нам не удалось договориться с самого начала, а потому — будем говорить по очереди.

Вл. Солоухин:

Мне повезло — в результате упорного целенаправленного поиска, для чего приходилось выезжать с экспедициями и в Заполярье, и в Прибалтику, и колесить по Белоруссии, удалось (вместе, естественно, с коллегами) к исходу седьмого года работы выделить новый для науки вирус гриппа А. Было это осенью 1976 года. И хотя поиск после этого продолжался с удвоенной энергией, новый вирус оказался в активе единственным.

Всего же за время вирусологического изучения гриппа (а начался этот период еще в 1902 году, когда был изолирован от птиц самый первый штамм вирусов гриппа A, хотя, конечно, тогда не знали, что он к гриппозным относится) от людей, свиней, лошадей, птиц и других хозяев выделено чуть больше 40 подтипов (видов) вирусов гриппа A, B и C. Хотя занято такими исследованиями довольно много вирусологов. Например, в 70-е годы в этом направлении работало более ста научных институтов и крупных лабораторий мира.

Я не знаю, сколько специалистов ищет новые виды, допустим, членистоногих, но хорошо известно, что на протяжении нескольких последних десятилетий ежегодно открывают примерно по тысяче новых видов. Растений — на порядок меньше, но все равно во много раз больше, чем вирусов: не только гриппозных, а любых вообще. В чем же дело? В ничтожных размерах вирионов? Наверное, и в этом. Но не только...

Давайте думать вместе.

Видоизменение живых существ происходит в результате мутаций, а закрепление вновь образовавшихся видов — путем естественного отбора. Главная причина мутаций — по-видимому, различные виды жестких излучений, от ультрафиолетового до гамма-лучей. Понятно, что чем крупнее хромосома, чем больше в ней генов, тем больше шансов, что один из них или несколько окажется на пути кванта, то есть тем выше возможность получения мутаций. И если, например, в хромосомах животных генов многие тысячи, то можно ожидать и большее разнообразие видов по сравнению с вирусами гриппа, где их всего восемь.

Правда, и здесь не все однозначно. У вируса натуральной оспы, который по своим размерам гораздо крупнее гриппозного, и хромосома солиднее. И, однако, подтипов (видов) гриппозных вирусов больше сорока, а оспенных — единицы.

Нет полной ясности и с функциями естественного отбора. Теоретически этот отбор должен работать при изменении условий внешней среды. Самый популярный пример такого рода: замена лапы на копыто у травоядных млекопитающих, когда на смену влажному климату с болотистыми грунтами пришел более сухой и земля стала твердой. Однако вирусы-то внутриклеточные паразиты. А условия внутри клеток практически не изменились за последние не только тысячи, но и миллионы лет. И если говорить об изменении внешних условий для вирусов, то речь должна идти, видимо, о случаях, когда паразит меняет хозяина; когда он преодолевает межвидовой барьер. Ну и, как исключение, когда он изменяет свою тропность (способность избирательно поражать определенные клетки и ткани) и переходит из клеток дыхательного тракта на клетки кишечника или печени.

С другой стороны, если посмотреть на макромир, на разнообразие, например, птичьего населения планеты, то можно заметить совершенно четкую закономерность: чем более постоянные, одинаковые условия, тем больше разнообразие видов. Так, на побережье арктических и антарктических морей, где температура воздуха колеблется от жестокой стужи зимой до среднеазиатской жары летом, где на смену многомесячной полярной ночи приходит такой же продолжительности полярный день, видов птиц едва ли больше трех десятков. А вот вблизи экватора, в тропиках, где день и ночь круглый год одинаковой длины, где постоянно жарко и все время цветут всевозможные растения, обитают сотни видов птиц.

Не будучи специалистом в области экологии пернатых, я не могу привести не только аргументированного объяснения этому феномену, но даже и высказать какие-либо гипотезы. И если вспомнил об этом факте, то только потому, что хотел показать неоднозначность влияния внешних условий на формирование новых видов, можно сказать, парадоксальность фактов по отношению к здравому смыслу, к теоретическим предпосылкам.

Сколько видов вирусов известно сегодня, вероятно, не знает никто. Более того, таксономическая форма — вид в вирусологии не общепринята и многими авторами справедливо не выделяется. Но даже если бы и выделялась, даже если бы и согласились вирусологи называть подтипы (для вирусов гриппа), варианты и другие мелкие подразделения именно видами, все равно много бы их не насчитали. Может быть, тысячу, может быть, полторы. Но все равно это на несколько порядков меньше, чем растений (примерно миллион видов), и животных (около 2 миллионов).

Почему такая "дискриминация" царства вирусов? Можно поиронизировать: и имеющихся достаточно, и так вон сколько болезней они вызывают. Можно вполне серьезно предположить: когда-то, в другие геологические эпохи — сотни миллионов, миллиарды лет назад, вирусов было больше. Но многие вызывали смертельные заболевания у своих хозяев, а потому и вымерли вместе с ними. Многие стимулировали выработку такого стойкого иммунитета, что переболевший организм, по словам К. Эндрюса, становился для них "мертвым" и вирусы сами уничтожали себя. Наверняка какие-то исчезли и потому, что их хозяева вымерли, хотя сами вирусы в том и не были повинны. Без всякого сомнения, были свои вирусы и у динозавров, и у саблезубых тигров, а в сравнительно недавние времена — у мамонтов и шерстистых носорогов. Но все это, по-видимому, не раскрывает проблемы полностью. Должны быть еще какие-то механизмы, ограничивающие общее число видов в царстве Вира.

Где эти механизмы работают, сказать пока трудно, однако, продолжая до сих пор считать вирусы не существами, а веществами, я, в частности, и в этом факте вижу доказательство правильности отстаиваемой точки зрения. Если бы вирусы были живыми, их должно было бы быть примерно столько же видов, сколько видов хозяев-макроорганизмов, то есть растений и животных, существует на Земле. И если вирусов не просто "несколько меньше", а меньше в тысячи, десятки тысяч раз, это свидетельствует об отсутствии взаимной адаптации (хозяева приспосабливаются, паразиты — нет), то есть в принципе — адаптации вирусов. Способность же к адаптации, мы уже говорили об этом, одно из обязательных свойств живого.

Более того, вирусы и "не имеют права" быть живыми, не имеют права адаптироваться. Ведь иначе прекратится эволюция: каждая пара хозяин — паразит настолько друг к другу взаимно приспособится, что исчезнет побудительная сила улучшаться, совершенствоваться. А это — смерть. И вот чтобы не наступила смерть от совершенства, один из соучастников эволюции меняться не должен. И эта роль досталась в нашем мире вирусам.

Правда, мне могут возразить: вирусов мало не вообще на планете, а в лабораториях и вирусных музеях, их не успели и не сумели открыть, описать, изучить. И подтвердить это утверждение фактами периодического открытия новых вирусов, хотя, естественно, о большинстве из этих открытий периодическая печать не сообщает и, кроме нескольких специалистов, никого они не интересуют. Вот, например, как уже упоминалось, нашел я с коллегами новый вирус гриппа A. Зарегистрировали его в специальном каталоге, присвоили собственное имя и сдали в музей. Новой болезни в природе не появилось, никаких ограничительных или карантинных мероприятий в связи с находкой не потребовалось.

Или такой пример. Академик АМН СССР, профессор В. И. Вотяков (справедливости ради надо сказать, что произошло это задолго до того, как он стал академиком) вместе с доктором медицинских наук И. И. Протасом и академиком АМН СССР профессором В. М. Ждановым открыли, что клещевой энцефалит на западе нашей страны вызывается вирусом, отличным от вируса классического клещевого энцефалита, который циркулирует в природных очагах на востоке России. Отличия, правда, минимальные и касаются в основном тяжести клинического течения заболевания. Если на востоке клещевой энцефалит часто приводит к смерти и почти всегда — к появлению параличей, то на западе смертельные исходы не регистрируются вовсе, а параличи встречаются как очень редкое исключение и со временем проходят.

Открытие состоялось, но переворота в науке не вызвало. И в ряду последовавших за ним практических мероприятий все начинаются со слова отменить. В частности, отменены были обязательные прививки для многих контингентов, отменены ограничения на пребывание в ряде мест.

Но это, так сказать, внешние результаты наших усилий. А внутренние, сущностные? За десяток лет целенаправленных поисков — один вирус. Значит, их, вирусов, на самом деле не так уж много. Правда, иногда происходят удивительные события: вдруг открывают вирусы не каких-нибудь букашек-таракашек, к человеку отношения не имеющих, а именно человеческий вирус, да не просто человеческий, а весьма и весьма агрессивный, патогенный. Самым ярким тому примером может служить история возбудителя СПИДа — синдрома приобретенного иммунодефицита...

Д. Голубев:

Вряд ли мы будем очень уж сильно спорить о самом синдроме СПИД и его возбудителе (разве что только о его происхождении). Но вот по некоторым другим вопросам, вами поднятым, у меня иное мнение.

Первое замечание касается концепции вида у вирусов. Вы говорите, что такая таксономическая форма в вирусологии не общепринята и многими авторами справедливо не выделяется. То, что не выделяется, верно, а вот справедливо ли? По-моему, несправедливо!

Вспомним самые общие положения, характеризующие вид как биологическую категорию. Что кладется в основу выделения этой категории у всех живых существ? Репродуктивная изоляция и единство генофонда. Таково хрестоматийное определение, основанное на трудах К. Линнея, Ч. Дарвина, Н. В. Тимофеева-Ресовского, А. Добжанского и других авторитетов самого высокого ранга. Применимо ли это к вирусам? Безусловно! Просто эта работа не проведена в таком объеме и с такой тщательностью, как предмет того требует. Но с вирусами гриппа, по-моему, дело выяснено, и я рад, что принимал участие в этой работе.

Итак, позвольте напомнить, что все вирусы гриппа — это. ортомиксовирусы. Семейство ортомиксовирусов состоит из одного рода, носящего название Influenza virus и включающего в себя вирусы гриппа A и B, и предполагаемого рода Influenza С (вирусы гриппа C). Род Influenzavirus, в свою очередь, насчитывает два самостоятельных вида: вирусов гриппа A и вирусов гриппа В. Между этими видами есть репродуктивная изоляция, и поэтому они не скрещиваются друг с другом. Каждый вид характеризуется единством генофонда и отличается от другого совокупностью четких генетических особенностей. Каждый вид подразделяется на подвиды, внутри которых есть и сероподтипы, и варианты и разновидности, но видов вирусов гриппа всего два (и один условный род C). Так что 3, а не 40!

Второе замечание более частное. Говоря о генетических механизмах видообразования, вы упоминаете только мутации, а ведь есть еще и рекомбинации: обмен участками генетического материала в рамках данного генетического пула. В обмене могут участвовать также "неживые" вирусы (дефектные, "неполные" и т. п.). Об этом подробно говорят профессора Я. С. Цилинский и Д. К. Львов в своей книге "Популяционная генетика вирусов позвоночных". Они же подчеркивают выдающуюся роль селекции тем или иным образом возникших форм.

И наконец, самое главное. Вы сетуете, что среди вирусов слишком мало видов. Честно говоря, мне никогда не приходило в голову сожалеть об этом. В общем, вы правы, конечно: видов вирусов известны сотни, но никак не миллионы! Но ведь это только виды чисто инфекционных вирусов, возбудителей разных болезней, которыми, строго говоря, можно заразиться тем или иным способом. Сюда же следует отнести прионы и вироиды. Но мы же видели, что мир вирусов — очень близок к миру подвижных генетических элементов, то есть транспозонов, то есть генов... А сколько разных генов существует в живой природе? Это вообще сосчитать невозможно, немыслимо и не нужно, ведь разнообразие генов — это и есть разнообразие жизни!

Вот некоторые мои замечания. Ну а теперь о вирусе СПИДа.

Вл. Солоухин:

...Зима 1981 года. В штатах Нью-Йорк и Калифорния вспыхнула эпидемия смертей среди молодежи. Клиническая картина оказывалась различной: то тяжелейшие пневмонии, то злокачественные ангины, то агрессивные формы саркомы Капоши. Все эти болезни в принципе врачи знали и раньше, но было нечто в их течении особенное, общее для всех этих заболеваний, что не позволяло ставить диагноз просто "пневмония", "сепсис" или "саркома Капоши". Углубленное исследование показало — все они развивались не как первичная, самостоятельная болезнь, а носили характер осложнения какого-то другого, первоначально поразившего человека заболевания. И это, первоначальное заболевание (строго говоря, статуса болезни оно до сих пор не получило) имеет вирусную природу.

Вскоре ударило с газетных страниц, передач радио и телевидения короткое редкое слово AIDS, которое несколько месяцев спустя приобрело права гражданства уже и в русской транскрипции — СПИД: синдром приобретенного иммунодефицита.

По данным Всемирной организации здравоохранения (на 15 августа 1988 года), в 130 странах мира зарегистрировано 112 тысяч случаев заболевания. Предполагается, что имеется еще более миллиона носителей (лиц, уже заразившихся, но пока не болеющих), из которых значительная часть неминуемо заболеет.

Возбудитель СПИДа относится к семейству ретровирусов, о котором мы уже детально поговорили. Мы назвали и три их подсемейства: собственно онкогенные, возбудители медленных инфекций, и так называемые "пенящие" (спумавирусы, от латинского "спума" — "пена").

Рис. 13. Вирусная частица HTLV-III

Все ретровирусы весьма неспешные, медлительные образования. От начала заболевания до появления выраженной клинической картины часто проходят годы и годы. Все ретровирусы трудно обнаруживаются, а заболевания, вызванные спумавирусами, и трудно диагностируются, поскольку внедрившийся в организм возбудитель практически ничем "плохим" себя не проявляет, и действует "чужими руками". Он так изменяет клетки, давшие ему приют, что они становятся чужими собственному организму и уничтожаются иммунной системой. Возникает то или иное аутоиммунное состояние, которое через многие и многие годы приводит к смерти.

Вирус СПИДа относится к подсемейству лентивирусов. Его представители являются возбудителями заболеваний с очень длительным периодом инкубации, иногда до нескольких лет, и медленным развитием (вплоть до нескольких десятилетий). Первый представитель этой группы — возбудитель инфекционной анемии лошадей, был открыт еще в 1904 году, но поскольку от начала до конца заболевания и даже до появления выраженной клинической картины проходят годы и годы, а жизнь человеческая коротка, и каждый исследователь хочет получить результат скорее, изучена эта группа сравнительно слабо.

Представитель подсемейства лентивирусов — возбудитель СПИДа — получил в силу каких-то пока не выясненных причин способность к широкому распространению. Почему?

Одно время в печати (правда, не медицинской) муссировались слухи о его якобы искусственном происхождении. Высказывались подозрения, что некие специалисты изготовили методами генной инженерии этот вирус в качестве биологического оружия. Писали, что он, возможно, был случайно утерян какой-то научной лабораторией. Однако в последние годы эти версии окончательно оставлены. Речь идет, таким образом, о каком-то естественном процессе, точнее — о каком-то процессе в природе, который не зависел от воли людей.

По-видимому, вирус иммунодефицита человека — ВИЧ или HJV — по первым буквам его названия в английской транскрипции, в 50 — 60-е годы сумел преодолеть межвидовой барьер, уйти от обезьян и обрести способность репродуцироваться в организме людей. В пользу этого предположения приводятся следующие аргументы.

Сегодня твердо установлено, что для заражения каким-нибудь вирусным агентом надо, чтобы возбудитель попал в восприимчивый организм. Вирус, передающийся от одного субъекта другому, называют экзогенным. И абсолютное большинство вирусных заболеваний человека вызывалось именно экзогенными возбудителями. Но вот ретровирусы, по крайней мере, классические, те, что были известны еще до появления СПИДа, — исключение из этого правила. Встроившись в геном клетки и не вызвав ее гибели, эти вирусы могли передаваться по наследству, если попадали в хромосому половой клетки. В таком случае уже при зарождении нового организма в нем имелся ретровирус (пусть и в разобранном виде), который при определенных ситуациях вдруг начинал репродуцироваться и вызывал заболевание.

Внешне это выглядело как ничем не объяснимое, не имеющее связи с заражением проявление болезни. А дело все в том, что вирус уже присутствовал, хранился в организме и требовалась лишь помощь каких-то, скажем, канцерогенов, чтобы он заработал и привел к появлению опухоли. Передаваясь по наследству, ретро-вирусы в соответствии с законами Г. Менделя поражали не всех потомков, почему и общее число больных было сравнительно невелико.

Вирус СПИДа ведет себя как типичный экзогенный возбудитель. Им можно заразиться, он выделяется инфицированным человеком с некоторыми жидкостями организма. Как ему удалось так трансформироваться, сегодня еще не установлено. Возможно, он приобрел эти свойства в связи со сменой хозяина. Вирусологам известны подобные примеры или, строго говоря, не подобные, но позволяющие предполагать, что со сменой хозяина вирус свойства меняет.

В частности, вирус миксоматоза вызывает безобидные бородавки у южноамериканского джунглевого кролика и гибель 99 процентов инфицированных им европейских кроликов, относящихся к другому виду. Есть наблюдения и такого рода. При попадании возбудителя в полностью неиммунную популяцию, вирус, бывший до этого слабопатогенным, вдруг приобретает жестокую агрессивность. Например, корь для нас — сравнительно нетяжелое заболевание, по крайней мере, никак не смертельное. Но когда возбудитель попал на некоторые тихоокеанские острова, где корь никогда раньше не встречалась, он вызвал тяжелейшую эпидемию со множеством смертельных исходов.

Есть пример аналогичного усиления патогенности и в зоологии. В начале 50-х годов в Сибирь завезли с целью акклиматизации североамериканскую ондатру. В Омской области существует природно-очаговая болезнь — омская геморрагическая лихорадка, вирус которой циркулирует среди животных, в основном полевок, как говорится, испокон веку, и потому вызывает вполне безобидное легкое заболевание. Легко протекало оно и у заразившихся людей, местных жителей. У ондатры иммунитета к вирусу этой лихорадки не было, и зверьки стали массами отправляться в мир иной. Но все это было бы обычным, если бы вирус при циркуляции среди ондатр не приобрел новых свойств. А он вдруг приобрел и стал косить и хозяев-аборигенов (полевок). Прошло несколько десятилетий, прежде чем у ондатр накопились защитные антитела и болезнь пошла на убыль.

Наконец, нельзя сбрасывать со счетов и тот факт, что только-только проникший в популяцию человека вирус СПИДа попал прежде всего в организм людей, ослабленных другими факторами. Не здесь рассматривать социальные условия, в результате которых к началу 80-х годов во многих странах мира пышным цветом расцвели наркомания и токсикомания. Не здесь обсуждать пагубное воздействие наркотических и ядовитых веществ на все системы организма, в том числе и иммунную. Но факт остается фактом — именно среди наркоманов вирус обрел наиболее питательную среду.

Было и еще одно условие, способствовавшее распространению СПИДа. Почему-то, попав в организм человека, он лучше всего себя чувствовал в клетках толстого кишечника. В его стенках возникает своеобразное депо-хранилище вируса, из которого вирус долго не исчезает. И это приводит к частому заражению лиц, ведущих извращенную половую жизнь — гомосексуалистов.

Итак, первые свои жертвы СПИД нашел среди наркоманов и гомосексуалистов. Но вскоре, пройдя несколько пассажей среди этих неиммунных и ослабленных лиц, приобрел способность поражать и тех, кто в таких пороках замечен не был. Начали болеть проститутки и лица, которым приходилось неоднократно переливать кровь — уже потому, что шансов заразиться у них больше. Ну, а затем вирус перекинулся и на все остальное население.

Сейчас, когда мы пишем эту главу, СПИД зарегистрирован уже, как мы говорили, в 130 странах, в том числе и в СССР. И в печати все чаще появляются заголовки, называющие СПИД "чумой XX века".

Насколько обоснованны это название, эти страхи, эта паника? И здесь уместно сказать, что человеческая психика — довольно странная штука. Например, в тех же США за год (в литературе нам попались данные только за 1984 год, но нет никаких оснований считать его каким-то особенным) умирает от болезней сердечнососудистой системы более 350 тысяч человек. Всего в четыре раза меньше погибает за год в автомобильных и авиационных катастрофах. Приближается к тремстам тысячам число жертв рака. Ну и что? Сократился ли выпуск автомобилей? Количество авиационных рейсов? Отказались ли люди от сигарет и алкоголя? Выделяет ли правительство миллиарды долларов на профилактику всех этих смертей? Ничуть не бывало.

К СПИДу же внимание у всех болезненно-повышенное, хотя умирает от него в десятки раз меньше. Американские медики и биологи потребовали на борьбу с ним колоссальную сумму денег, общая величина которой не называется, но о размере которой можно судить хотя бы по тому, что из нее ровно один миллиард предназначен только на разъяснительную работу. И США в этом отношении не одиноки. В Великобритании уже отпущено на, говоря нашими терминами, санитарное просвещение 20 миллионов фунтов стерлингов.

Два предыдущих абзаца мы написали вовсе не для того, чтобы преуменьшить опасность, демобилизовать людей — читателей этой книги в деле защиты от поистине страшной напасти. Но, возможно, здесь будет уместна вот такая аналогия. При большинстве аварий и катастроф (например, наводнениях, пожарах и т. п.) прежде всего страдают и гибнут те, кто поддался панике, кто потерял способность поступать обдуманно, здраво. Ведь почти всегда есть пусть небольшая, пусть мизерная, но возможность спастись, сохранить жизнь. И люди выдержанные, спокойные, рассудительные находят эту возможность быстрее и пользуются ею чаще, чем поддавшиеся панике.

В полной мере это относится и к проблеме предохранения от СПИДа. Пусть не все зависит непосредственно от самого человека — допустим, при восполнении кровопотери могут влить кровь инфицированного донора, но эта вероятность в сотни, тысячи раз меньше, нежели возможность заражения при случайных половых контактах, особенно с жителями зарубежных государств. Если же учесть, что наше здравоохранение начало внедрять лабораторную диагностику СПИДа именно со станций и институтов переливания крови, что доноры — самые первые контингенты, подлежащие обязательному обследованию на СПИД, то получается: заразиться донорской кровью можно лишь чисто теоретически, инфицироваться же половым путем вполне реально и практически.

Все ли виды вирусов нам уже известны? Нет. Возможны ли в ближайшие годы открытия, подобные открытию СПИДа? Скорее всего невозможны. Хотя, естественно, полностью исключить этого нельзя. Особенно учитывая все то, что мы говорили о вирусах и транспозонах.

Д. Голубев:

С большинством ваших положений я согласен, но кое-что хочу добавить.

Вы говорите, что в ближайшие годы невозможны открытия, подобные тому, что произошло со СПИДом. Даже с учетом сделанных оговорок чувствуется, что вы в это мало верите. Хочется спросить, а почему?

Разве появление новых вирусных инфекций такая уж большая редкость и все дело ограничивается только СПИДом? Отнюдь нет. Позвольте привести только некоторые примеры из самого недавнего прошлого.

1969 год. Нигерия. Госпиталь в никому доселе не известном местечке Ласса. Лихорадочные заболевания у медицинского персонала этого госпиталя, в большинстве случаев заканчивающиеся смертью. Из крови больных выделяется неизвестный ранее вирус, получивший название вирус Ласса. Кто он? Откуда взялся? Почему именно 1969 год стал датой рождения лихорадки Ласса? На большинство этих вопросов мы ответить не можем, хотя кое-что уже определенно известно.

Прежде всего установлено точно, что естественными хозяевами вируса являются многососковые крысы Mastomus natuliensis, от которых вирус может распространиться во внешнюю среду, главным образом через мочу. Кстати, резервуаром инфекции могут быть и обычные крысы (Rattus rattus) и обычные мыши (Mus minitoides). Вот вам и прямой путь к человеку, который может заражаться аэрозольно, пищевым путем, а также через объекты внешней среды, загрязненные экскретами больного. Возможно также проникновение вируса через поврежденную кожу.

Почему ничего этого мы не знали до 1969 года? Ведь речь идет об очень серьезном заболевании, когда число умерших среди заболевших (так называемая летальность) достигает 70 процентов (кстати, этот показатель более высок, чем при СПИДе). Нам остается только гадать обо всем этом, но пока что быть начеку, поскольку никто не гарантирован от широкого распространения этого заболевания. Лихорадка Ласса заняла прочное место среди особо опасных вирусных инфекций.

Другие аналогичные примеры. Вирус Марбург впервые выделен во время лабораторных вспышек в ФРГ и Югославии в 1967 году у лиц, работавших с тканями зеленых мартышек, привезенных из Африки. Далее он начал передаваться от человека к человеку! У больных возникает тяжелая лихорадка, и 30 процентов гибнут.

1976 год — год рождения еще одного нового вирусного заболевания, геморрагической лихорадки Эбола. Место рождения — Судан и Заир. Источники инфекций в природе неизвестны.

Примеры можно продолжать. Недавно стали выделяться как самостоятельные вирусы так называемого комплекса Такарибе: возбудители боливийской и аргентинской геморрагических лихорадок (соответственно вирусы Мачупо и Хунин) и т. д.

Добавьте к этому сравнительно недавно появившееся выражение "вирус гепатита ни А ни В" и вспомните, что понятие медленные вирусы В. Сигурдссон впервые ввел в науку только в 1954 году, и станет бесспорным тот факт, что новые вирусные инфекции возникают постоянно. Во всяком случае, могут возникать. И СПИД тут отнюдь не исключение.

Почему все это происходит? Строго говоря, можно говорить о двух возможностях: 1) о появлении принципиально нового вируса, которого вообще в природе не было; 2) об изменении свойств уже существовавшего ранее возбудителя (или резком изменении условий его существования). Каждое из этих положений требует рассмотрения.

Откуда может взяться принципиально новый вирус? По законам научного детектива начнем расследование с себя. Не можем ли мы сами, ученые-вирусологи, запускать его в циркуляцию умышленно или случайно? В принципе можем. Передо мной лежит свежий оттиск статьи в канадском микробиологическом журнале, в котором описывается факт выделения в 1984 году от людей вирусов гриппа А, которые при тщательном анализе оказались... лабораторными образцами 1973 года, каким-то образом выпрыгнувшими из музейных ампул.

Есть более печальные примеры, когда возбудитель заболевания оказывается... вакцинным вирусом. Из самых добрых побуждений специалисты применяют его для профилактики болезней, а он... Впрочем, такие случаи, — а они известны в истории медицины — всегда не только печальны, но и трагичны; к вирусу СПИДа они не относятся: вакцины из него никто пока не сделал.

Не мог этот вирус и просто просочиться из лаборатории, поскольку его с трудом туда загоняют, и эти попытки впервые увенчались успехом лишь в 1983 году, когда Монтанье во Франции и Галло в США впервые выделили такой агент, в то время как болезнь активно проявилась уже в 1981 году.

Итак, если говорить о людях, то остается только одно: его сделали специально. По этому поводу я скажу кратко: не верю. И не из-за избыточной веры в человеческое благородство (дескать, кто мог пойти на такое!), а по существу. Во-первых, мне кажется невероятной сама методическая возможность искусственного производства совершенно нового вируса. По-моему, это выходит за рамки возможностей современной генной инженерии. А во-вторых, такие вещи должны доказывать те, кто об этом объявляет: у вирусологов также есть презумпция невиновности!

Мне лично кажется наиболее вероятным не только в случае СПИДа, а и в большинстве всех приведенных выше примеров — случайный мутационный характер преобразования циркулировавших ранее и являвшихся доселе безобидными вирусов. Вирус Ласса, например, наверняка существовал и до 1969 года и, по всей вероятности, в тех же многососковых крысах. Остается только гадать, что произошло и в каком именно гене этого агента в 1969 году, когда он впервые стал набрасываться на человека. Что это: чистая мутация или рекомбинации (или сочетание того и другого!)? Мы этого не знаем и вряд ли скоро выясним, так как нам не с чем сравнивать сегодняшние вирулентные образцы: "вчера" этот вирус не выделялся, и у нас нет сведений о природе его мирного предка.

Можно, конечно, предположить, что разбойник бесчинствовал и раньше, просто его не опознали. Не без этого! Собственно, теория природно-очаговых инфекций академика Е. Н. Павловского такие ситуации предусматривает. Жил себе вирус в своей экологической нише, циркулируя от грызунов к птицам, например, через клещей или других членистоногих, и ни один человек не знал о его существовании. Но вот человек проник в этот район, и вирус на него набросился. И произошло это в местечке Ласса, Мачупе или Хунин. Вот и появилась новая болезнь! А она вовсе не новая, просто у возбудителя не было ранее повода о себе заявить. И так может быть!

Такова, бесспорно, история вируса клещевого энцефалита, который, конечно же, обитал на Дальнем Востоке задолго до 1937 года, когда Л. А. Зильбер и его коллеги впервые выделили этого возбудителя. Просто в 30-е годы в тайгу пришло намного больше людей, чем раньше, и заболевания участились.

Со СПИДом произошло иначе. Если принять версию о его африканском и обезьяньем происхождении, то надо понять, как он перешел от обезьян к людям, как проник из Африки в США и как стал затем глобальным разбойником. Думается, что тут несколько разных причин. Одни из них касаются самого возбудителя, который, бесспорно, претерпел какие-то мутационные преобразования, в результате чего приобрел повышенную (и это мягко сказано!) вирулентность.

Ясно, что даже 10 лет тому назад такого количества заболеваний СПИДом не было. Усовершенствование лабораторной диагностики тут не виновато: такого количества заболеваний и смертей, которые несет с собой СПИД, нельзя было не заметить. Другая причина: облегчились условия его распространения. Изнанки цивилизации в виде сексуальной вседозволенности и наркомании существеннейшим образом повлияли на распространение инфекции, обеспечив условия почти экспериментальные, как будто нарочно созданные для того, чтобы облегчить перемещение этого агента из крови одного человека в кровь другого!