Александр Смородинцев - Беседы о вирусах

В противоположность микробам для каждого вируса существует свой вполне постоянный и достаточно огра­ниченный круг животных, растений, насекомых и даже микробов, которых он поражает. Заражая живое суще­ство, вирусы размножаются только в клетках опреде­ленных тканей или органов, а не в любом участке ор­ганизма.

В 30-х годах почти одновременно появились в печати две научные статьи, одна из Англии, другая из Совет­ского Союза. К. Смит и А. Смородинцев доказали, что грипп у людей вызывают вирусы, а не микробы, как это считалось раньше. С тех пор прошло более 40 лет. Выделено много вариантов вирусов гриппа, все они до­сконально изучены. Ученые подобрали удобную для изучения лабораторную модель — белую мышь. Уста­новили, что в легких этих животных вирусы гриппа ин­тенсивно размножаются. Однако это происходило, толь­ко когда вирус гриппа вводили мышке в нос. Если же ее пытались заразить инъекцией вирусной суспензии под кожу, внутривенно или в брюшную полость, вирус грип­па не приживлялся и не размножался.

— Если увидеть вирус внутри клетки с помощью микроскопа нельзя, то как это сделать?

— К сожалению, обычный микроскоп, хотя он и уве­личивает предметы более чем в тысячу раз, перед ви­русом бессилен,

— Как же тогда получить «портрет» вируса, раз­глядеть его внутреннее устройство?

— Наука создала для этого электронный микроскоп, ультрацентрифугу и другие сложнейшие приборы.

Уже на первых этапах развития вирусологии ученые столкнулись с непреодолимой трудностью: увидеть ви­русы с помощью микроскопа не удавалось. Изучали ма­териалы, которые наверняка содержали живые вирусы, потому что с их помощью легко заражались лаборатор­ные животные или растения, однако никаких вредонос­ных возбудителей там видно не было. Еще совсем не­давно это считали одним из главных свойств вирусов и их отличий от микроорганизмов.

Большие усилия были затрачены для преодоления невидимости вирусов, делавшей их малодоступными для изучения. Путь к этой победе оказался достаточно долгим.

Трудность заключалась в том, что вирусы имеют ничтожно малые размеры — от 10 до 300 нанометров. Казалось бы, почему не сделать микроскоп с еще более сильными линзами, которые смогли бы увеличить пред­мет не в тысячу, а в 10 тысяч или 50 тысяч раз? Однако все упиралось в непреодолимость физических законов.

Законы оптики безоговорочно утверждают, что при любом освещении, которое используют в оптическом микроскопе, можно увидеть только объекты с попереч­ником больше длины волны света. У дневного света длина волны составляет 400—700 нанометров, следова­тельно, вирусы невозможно увидеть ни в один обычный микроскоп, каким бы совершенным он ни был.

На помощь вирусологам приходит электронный микроскоп, теорию устройства которого и первые образ­цы создают в конце 30-х годов, перед началом второй мировой войны, В. Зворыкин в США и А. Лебедев в СССР. В нем вместо видимого света используют по­ток электронов, а вместо увеличительных стекол — маг­нитные катушки. Пройдя через изучаемый предмет, тон­кий электрический луч многократно расширяется магнит­ными полями катушек. Это увеличивает изображение в несколько сотен тысяч раз и позволяет увидеть его на специальном флюоресцирующем экране, подобном экра­ну телевизора. Так как длина волны электронного луча равна всего лишь 0,01 ангстрема (ангстрем равен 0,1 нанометра), то есть в 500 тысяч раз меньше, чем у видимого света, с помощью электронного микроскопа можно рассмотреть даже небольшие белковые молекулы.

Электронный микроскоп в его современных модифи­кациях — это весьма точный и сложный механизм, сто­имость которого измеряется десятками тысяч рублей. Несмотря на это, все лаборатории, изучающие структу­ру вирусов, имеют его на вооружении. С помощью электронного микроскопа ученым удается рассмотреть большинство известных вирусов, просвечивая их пучком электронов.

В последние годы изобретен сканирующий электрон­ный микроскоп, принцип работы которого основан на том, что пучок электронов не проходит через предмет насквозь, а, падая на его поверхность под определенным углом, отражается от нее и после необходимого увели­чения изображения попадает на флюоресцирующий экран. Сканирующий электронный микроскоп позво­ляет увидеть даже объемное изображение вирусов, сде­лать фотографии, портреты вирусов с деталями струк­туры их наружной поверхности.

Исследование морфологии (формы и строения) по­зволило разделить все известные сейчас вирусы на три группы.

Раньше всего были изучены крупные вирусы. Их размер 200—300 нанометров. К таким «великанам» от­носятся вирусы оспы человека и животных, вирус эктромелии белых мышей (это заболевание часто встре­чается в питомниках, где разводят столь необходимых науке лабораторных животных).

Ко второй группе относят вирусы, средняя величина которых от 50 до 150 нанометров. К ним принадлежит большинство вирусов растений, бактериофаги (вирусы, уничтожающие микробов), а также вирусы кори, свин­ки, гриппа. Сюда же относятся возбудители многих за­болеваний верхних дыхательных путей, которые обыч­но называют «простудными», но которые на самом де­ле вызываются многочисленными вирусами.

Третья группа состоит из мельчайших вирусов (по величине они ненамного больше крупных белковых мо­лекул) с размером частиц от 20 до 30 нанометров. В этой группе находятся вирусы полиомиелита, желтой лихорадки, энцефалитов и многие возбудители тропиче­ских лихорадок.

Ученые подсчитали, что если диаметр крупных ви­русов превышает диаметр мелких всего лишь в 30 раз, то разница в их объеме составляет более 25 тысяч раз.

Подавляющая масса вирусных частиц (вирионов), которые поражают человека и животных, имеет форму шара, а у вирусов растений — вытянутый цилиндр. Хо­тя длина цилиндра вируса табачной мозаики достигает 350 нанометров, в оптическом микроскопе он все же не­видим: поперечник цилиндра не превышает 15 наномет­ров, а такие величины в оптическом микроскопе раз­глядеть нельзя.

Исследования знаменитого теперь американского биохимика, лауреата Нобелевской премии У. Стенли на­чались в 1935 году и пролили затем свет на состав ви­русов. Из сока растений, пораженных вирусом табачной мозаики, Стенли выделил высокомолекулярные соеди­нения. После тщательной очистки выяснилось, что это сложная комбинация нуклеиновой кислоты и белка. Это вещество получило название нуклеопротеин. Оно могло даже заражать здоровые растения, вызывая болезнь — табачную мозаику.