Беседы о вирусах - Смородинцев Александр Анатольевич - Страница 9

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.

Однако самые существенные различия между виру­сами и микробами обнаружили, когда вирусы разобра­ли, если можно так выразиться, на составные части. Наука создала за последние годы много новых фермен­тов и реактивов, чтобы с более чем ювелирной точно­стью отделить друг от друга различные компоненты те­ла вируса или микробной клетки, получить их в чистом виде и достаточно точно изучить. Трудно даже вообра­зить себе эту точность, при которой ученые оперируют величинами, измеряемыми миллионными долями мик­рона!

Вирусы под различными углами просвечивали рент­геновскими лучами, измеряли величину электромагнит­ных колебаний их атомов, разделяли вирусные белки и нуклеиновые кислоты, определяли последовательность аминокислот в белке. Анализ всех фактов проводили с помощью сложнейших электронно-вычислительных машин за считанные дни, а не за долгие годы, как это делалось еще совсем недавно. И вот в результате тако­го скрупулезного исследования вирусов удалось устано­вить совершенно неожиданный факт: у них нет никако­го сходства с клеточной организацией, типичной для всех существующих на земле организмов!

В центре каждого вириона, образуя его сердцевину, лежит нуклеиновая кислота. Снаружи располагаются белковые молекулы, образующие своего рода защитное покрытие, так называемый «чехол». Они состоят из 20 хорошо известных аминокислот, из которых сотканы белковые  молекулы всех живущих на земле существ.

Чтобы определить вес целой вирусной частицы или отдельных ее компонентов, используют ультрацентри­фугу. Отличается она от обычной центрифуги тем, что здесь развивается скорость вращения порядка 100 ты­сяч оборотов в минуту и создается сила тяжести, превы­шающая земное притяжение в несколько сот ты­сяч раз.

Если в ультрацентрифугу поместить   пробирку,   со­держащую концентрированный раствор сахара или ка­кой-либо соли, а поверх него — суспензию вируса, то при определенных скоростях вращения вирус будет оседать, двигаться по направлению к дну пробирки, как бы продавливаясь через плотный слой лежащего ниже раствора. По глубине погружения вируса в плот­ный раствор сахара или соли можно вычислить моле­кулярный вес частицы или   отдельных ее компонентов.

За единицу измерения приняли дальтон — вес само­го маленького атома в природе — атома водорода. Ока­залось, что у мелкого вируса полиомиелита вес вирус­ной РНК, являющейся геномом, хранителем наследствен­ной информации вируса, не превышает 1—2 миллионов дальтон, у крупного вируса оспы достигает 200 миллио­нов. А средний вес генома бактериальной клетки до­стигает  1—10 биллионов дальтон.

Аминокислоты вирусного чехла соединены друг с другом последовательно в различных сочетаниях и образуют линейные цепочечные структуры (полипепти­ды). Их молекулярный вес варьирует от нескольких ты­сяч до сотен тысяч дальтон. Так, наружный слой вируса табачной мозаики образует 2200 «кирпичиков» белка совершенно идентичного состава, которые группируются в правильном порядке.

Структура различных вирусов отличается большей или меньшей степенью сложности. Если наиболее про­стые мелкие вирусы состоят только из обособленной мо­лекулы РНК и белка, то более крупные обладают и наружной оболочкой, своего рода «упаковочным конвер­том», в состав которого входят не только белки, но угле­воды и липиды (жировые вещества).

Наиболее сложно устроены бактериофаги («пожира­тели бактерий»). По форме они напоминают гимнасти­ческую булаву. В их шаровидной головке помещена нуклеиновая кислота. Длинный отросток булавы пред­ставляет собой полый чехол, построенный из молекул белка. С помощью этого отростка бактериофаг прикреп­ляется к оболочке или к жгутикам бактерий, внедряет конец отростка в цитоплазму микроба и впрыскивает, как через шприц, свою нуклеиновую кислоту.

Белки, входящие в состав любого вируса, отличают­ся по структуре от белков поражаемых клеток. Каждый белок является антигеном, то есть веществом, способ­ным вызвать образование антител. Разница в строении молекул вирусного белка и клеточного ведет к тому, что при введении животному эти белки вызывают обра­зование совершенно разных антител, реагирующих толь­ко со своими антигенами. Антитела против клеточных белков соединяются только с ними и не соединяются с вирусами. Антитела против вируса не реагируют с белками клетки. Именно благодаря таким различиям специальные лабораторные приемы позволяют распо­знать   присутствие вируса внутри зараженной клетки.

— Если у вирусов есть только нуклеиновая кислота и немного защитного белка, то как же они размно­жаются?

— В этом главная загадка вирусов. Полное отсут­ствие ферментов, необходимых для синтеза белков и нуклеиновых кислот! А потомство воспроизводится с не­обычайной быстротой.

— Как же совместить несовместимое?

— Чтобы понять, нужно увидеть. Вирусологи затра­тили на это 15 лет.

Известно, что в клетках растений или животных на­следственные функции несет дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), а рибонуклеиновые кислоты (РНК) выполняют чисто вспомогательные. Однако у многих вирусов ДНК вообще отсутствует, геном состоит из мо­лекулы РНК, причем не только в однонитевой, но и в двунитевой форме, чего нет у других живых существ на земле.