Лазарь Зильберберг - Вирусы и вирусные болезни

Изобретение электронного микроскопа явилось крупнейшим событием в истории науки. Ученые получили возможность рассматривать и изучать предметы, величина которых не превышает 0,2-0,3 нм [5] 1 нанометр — единица длины, равная одной десятимиллионной доле сантиметра. (разрешающая способность оптического микроскопа порядка 200 нм). Это значит, что там, где обычный микроскоп обнаруживает одну деталь, электронный микроскоп позволяет выявить структуру этой детали, состоящую из миллиона отдельных частей! Поистине электронная микроскопия открыла перед наукой совершенно новый мир вещей и явлений!

Но особо велика роль электронного микроскопа в вирусологии. Благодаря этому "оптическому чуду" ученые получили возможность увидеть вирусы, описать их форму, определить размеры, отличить различные вирусы друг от друга. Более того, электронный микроскоп позволил запечатлеть их на фото и кинопленку!

Первоначально, после открытия Д. И. Ивановского, ученые назвали эти сверхмельчайшие болезнетворные агенты фильтрующимися вирусами, поскольку основным их признаком считалась способность проходить через фарфоровые фильтры, задерживающие мельчайшие бактерии. Когда же выяснилось, что некоторые бактерии также могут проходить через свечи Шамберлена, их стали называть просто вирусами.

Из многочисленных современных определений вируса наиболее удачным представляется то, которое дал уже упоминавшийся выше профессор Уэндел Стенли. Американский ученый охарактеризовал вирус как нечто имеющее ничтожно малые размеры, способное проникать в организм и вызывать заболевания почти у всех живых существ и размножающееся только в живых клетках.

Что же это за "нечто"? Каковы они, эти "ничтожно малые размеры"? Какова форма вирусов? Из чего они построены? Как проникают в организм? Какие при этом заболевания вызывают? Какие разрушения производят в живых клетках? Ответы на эти и многие другие вопросы ученые смогли получить благодаря современным средствам научного исследования и прежде всего электронному микроскопу.

Немного об этом замечательном оптическом приборе.

Исключительно высокая разрешающая сила электронного микроскопа объясняется тем, что в нем в качестве освещающего луча используется поток электронов, имеющих меньшую длину волны, нежели любое другое излучение, применяемое в самых современных системах световых микроскопов. "Источником света" служит здесь электронная пушка, "лучом света" — поток электронов, "линзами" — электромагнитные катушки. Видимое изображение воспринимает и формирует не сетчатка нашего глаза, как это имеет место в световом микроскопе, а специальный флюоресцирующий экран или фотографическая пластинка.

Для того чтобы увидеть вирусы в электронный микроскоп, в качестве объекта исследования необходимо брать ткани, разрушенные или поврежденные вирусами в результате вызванного ими заболевания. Иными словами, вирусы можно обнаружить только там, где они уже успели проявить себя в качестве болезнетворных агентов. Чтобы случайно не спутать вирусы с какими-либо посторонними частицами, изучаемый препарат очищают от всевозможных загрязнений — кристалликоз соли и других так называемых "невирусных частиц".

В силу ряда причин, на которых мы не будем останавливаться, на электронных фотографиях вирусы кажутся темно-серыми, лишенными контраста тенями на светло-сером фоне. Для того чтобы подлежащие электронномикроскопическому изучению биологические объекты сделать более контрастными, в них добавляют соли тяжелых металлов (скопления атомов и молекул этих металлов повышают контрастность изучаемых объектов и, в частности, вирусов). Это называется "методом позитивного контраста".

При другом способе — "методе негативного контраста" — контрастирующее вещество не добавляется в изучаемый биологический объект, а окружает последний; будучи более плотным, оно создает темный фон, на котором вирусы становятся ясно различимыми.

Уместно остановиться еще на одном методе электронномикроскопического исследования — "напылении" биологических препаратов металлами. Частицы металла испаряются при помощи накаленной вольфрамовой иглы в вакууме. Если препарат держать в наклонном положении в отношении направления распыляемых частиц, то эти частицы осядут па объект и покроют его очень тонкой пленкой. Металл менее "прозрачен" для электронов, и поэтому он отбрасывает тень, позволяющую получать на препарате объемное изображение. На микрофотографиях, снятых с применением метода напыления, вирусные частицы, выступающие над поверхностью пленки, видны довольно отчетливо. Для напыления используются обычно хром, золото, уран, сплавы платины — металлы, не имеющие зернистости, которая может затемнить структурные детали изучаемых объектов.

Сказанное далеко не исчерпывает богатейший арсенал средств, используемых при электронномикроскопическом изучении вирусов и позволяющих определять их размеры и форму, топографию, внутреннюю и внешнюю структуры, судить о результатах поведения вирусов в живой клетке. К сожалению, электронная микроскопия дает возможность изучать вирусы только в тот период, когда они находятся в неактивном состоянии. Для визуального наблюдения за поведением активных вирусов наука пока еще не располагает необходимыми техническими средствами.

Электронный микроскоп позволил установить, что размеры вирусов колеблются в довольно широких пределах. Поэтому их принято делить на три группы — крупные, средние и мелкие (величина вирусных частиц измеряется в нанометрах).

Крупные (к ним относятся вирусы оспы и осповакцины) имеют размеры в пределах 200-350 нм. Размеры вирусов гриппа, бешенства колеблются в пределах 70-120 нм, что позволяет отнести их к средней группе. И, наконец, мелкие вирусы (возбудители желтой лихорадки, полиомиелита, ящура, японского энцефалита), величина которых не превышает 22-28 нм.

Помимо размеров, вирусы различаются по форме. Среди них есть палочковидные, округлые, овальные, похожие на теннисную ракетку, напоминающие кристаллы многогранников. Встречаются вирусы — главным образом среди бактериофагов, — имеющие форму сперматозоидов.

Весьма любопытным свойством вирусов является их способность к кристаллизации. Формы, которые при этом принимают вирусные частицы, встречаются одинаково часто и в органической природе, и в неорганическом мире. Неудивительно, что ученые долгое время относили вирусы к неживой материи: трудно было предположить, что живые существа способны образовывать кристаллы, по внешнему виду ничем не отличающиеся от кристаллов минералов.

Вирусные кристаллы сравнительно велики — их можно хорошо рассмотреть в обычный световой микроскоп. Это легко объяснить — в одном кристалле содержится несколько биллионов (1012) вирусных частиц, плотно прилегающих друг к другу и образующих правильную геометрическую фигуру. Такое расположение мельчайших, совершенно одинаковых частиц характерно для всех вирусных кристаллов.