Я познаю мир. Вирусы и болезни

Как известно, иммунитет к какому–либо вирусу возникает в результате перенесенного заболевания или в результате вакцинации. Поэтому для ограничения эпидемии часто проводят заблаговременные прививки. Многие инфекции благодаря использованию вакцин перестали угрожать человечеству. К сожалению, этого нельзя сказать о СПИДе. Испытано окблр тысячи вариантов вакцин против вируса иммунодефицита человека, но конца этой работе пока не видно. Это тоже следствие высокой изменчивости вируса: пока ученые делают вакцину против одного варианта вируса, тот уже успел измениться и стал устойчивым к вакцине, которую еще даже не испытали.

Распространение ВИЧ не требует высокой плотности населения, как это необходимо для гриппа или оспы. Эффективные карантинные мероприятия невозможны из–за длительного инкубационного периода инфекции. Заболевшие не изолируются и могут оставаться источником инфекции всю оставшуюся жизнь, а здоровые люди не имеют возможности избегать контактов с ними. У многих вирус находится в скрытой форме, встроив свои гены в хромосомы человека. Такие люди считаются здоровыми, но легко могут стать источником инфекции в результате внезапной активизации вируса. Лечение продлевает жизнь больных СПИДом без ликвидации вируса, что увеличивает резервуар возбудителя и ведет к тому, что скорость его распространения все больше опережает смертность. Кроме того, лекарства не могут остановить эпидемию. Лекарства лечат заболевших, а главная задача состоит в том, чтобы суметь оградить от заражения здоровых людей, предупредить дальнейшее распространение эпидемии.

Возникает вопрос, а устоим ли мы вообще перед этой расползающейся заразой. Ведь ежедневно во всем мире вирусом заражается примерно 16 тысяч человек.

Несмотря на вышеизложенное, основания для оптимизма все же находятся.

У человека есть признаки генетической устойчивости к вирусу. Для того чтобы проникнуть в клетку, вирусу нужно открыть два замка, и люди, у которых второй замок сломан в результате мутации соответствующего гена, не заражаются вирусом или, во всяком случае, значительно более устойчивы к заражению. Такие мутации не обнаружены у африканцев, японцев и корейцев, а среди людей белой расы таких – каждый пятый. Это может означать, что в прошлом Европа уже сталкивалась с эпидемией СПИДа, которая оставила после себя своеобразный генетический шрам в виде набора генов, обеспечивающих относительную устойчивость к вирусу иммунодефицита человека. Кроме того, люди заметно различаются по индивидуальной восприимчивости к вирусу. Эти различия связаны с другими генетическими особенностями, точную природу которых в большинстве случаев еще предстоит определить – и, если удастся, – использовать для повышения устойчивости к вирусу.

Ретровирусы

Вирус иммунодефицита человека является представителем обширного семейства ретровирусов. Одни из них – спумавирусы – размножаются, как бы вспенивая зараженную культуру клеток. Другие, подобно вирусу иммунодефицита человека, вызывают медленные инфекции. Но самой многочисленной группой ретровирусов являются онковирусы, то есть такие, которые вызывают злокачественное перерождение зараженной клетки и образование опухоли.

Никакого отношения к стилю "ретро" эти вирусы не имеют. Они названы так потому, что в вирусном генетическом материале закодирован и входит в состав вириона фермент "обратная транскриптаза" (по–английски "reverse transcriptase"), называемый также ревертазой. Ревертазу открыл – после долгих поисков – американец Говард Тёмин в 1970 году и получил за это открытие Нобелевскую премию. Мог и не получить, потому что его собирались даже уволить с работы из–за того, что поиски, мол, слишком затянулись.

Между тем открытие этого фермента означало для биологии, если уж не революцию, то по меньшей мере переворот. С открытием ревертазы молекулярная биология и генетическая инженерия получили мощный и абсолютно незаменимый инструмент для дальнейшего развития. Кроме того, изучение свойств ревертазы и той роли, которую она играет при вирусной инфекции, позволило объяснить механизм опухолевого перерождения (трансформации) клетки, зараженной ретровирусами. А то, что ретровирусы вызывают раковые заболевания, было известно давно.

Первое указание на связь между вирусами и раком было получено еще в 1908 году, когда обнаружили, что здоровых кур можно заразить некоторыми видами лейкемии (рака крови), вводя им фильтраты крови больных лейкемией кур. В 1910 году американец Пейтон Раус установил, что таким же образом можно передавать саркому. Получив у одной из кур раковую опухоль, он профильтровал питательную жидкость с раковыми клетками через бактериальный фильтр, через поры которого не могла проникнуть ни одна, даже самая маленькая клетка, и ввел фильтрат здоровой птице. В результате инъекции у курицы появилась опухоль. Может быть, фильтрат содержал вирусы, которые привели к ее образованию? Раус так и объяснил результаты своего эксперимента, но тогда ему мало кто поверил.

Шли годы, и мало–помалу становилось все очевидней, что вирусы играют важную роль в возникновении раковых заболеваний. Лев Александрович Зильбер сформулировал вирусо–генетическую теорию происхождения опухолей, согласно которой перерождение нормальных клеток в злокачественные обусловлено включением в хромосомы клетки генетического материала вируса. Основным затруднением для этой теории долгое время оставалось то, что многие опухолеродные вирусы содержат РНК, а РНК не может встраиваться в хромосому. Открытие ревертазы и изучение механима ее действия позволило устранить это препятствие.

В общем, вирионы всех ретровирусов и онковирусов в частности устроены по одному плану и выглядят примерно так же, как и вирус иммунодефицита человека. Их генетический материал состоит из двух идентичных молекул РНК. После того как вирус проникает в клетку, ревертаза (в каждом вирионе упаковано с полсотни молекул этого фермента) приступает к копированию вирусной РНК. Конечно, все вирусы умеют копировать свою нуклеиновую кислоту, но ревертаза – фермент особенный и работа, которую она выполняет, уникальна. Ревертаза изготавливает копии вирусных генов в виде двунитевой ДНК, то есть в том виде, в котором находится генетический материал в хромосоме. Скопированные таким образом, вирусные гены получают возможность объединиться с клеточными генами. Четыре точечных разрыва, четыре быстрых сшивки – и вот уже хозяйская ДНК стала чуть–чуть длиннее из–за вставки вирусных генов. В результате этого события, получившего название интеграции, вирусные гены пристраиваются среди клеточных.

Интеграция влечет за собой далеко идущие последствия.

Вирусные гены могут встроиться в любое место любой хромосомы, и нетрудно представить, что такое встраивание способно нарушить слаженную работу клеточных генов. И действительно, внедрение генетического материала вируса вызывает мутации, в результате которых пострадавшие клеточные гены умолкают или начинают производить что–нибудь несуразное и явно не то, что надо клетке. Другие гены, которым в этом месте и в это время положено молчать, вдруг, под влиянием вируса, заявляют о себе в полный голос. Самые драматичные последствия возникают, если в результате внедрения вируса подаст свой голос так называемый онкоген.

Онкогены есть в каждой клетке каждого из нас от рождения. Они обнаружены также у птиц, коров, мышей, крыс, лососевых рыб, лягушек и даже у плодовой мушки дрозофилы. В незараженной клетке онкогены исправно несут службу, подчиняясь клетке и направляя синтез белков, которые выполняют полезную для клетки работу. Роль многих из них заключается в том, чтобы активизировать различные внутриклеточные процессы, придавая им необходимую энергию и динамизм. Но все меняется, когда приходят они! Они – это онковирусы, которые пристраивают свои гены по соседству и берут клеточный онкоген под свой контроль. Разместившись рядом с онкогеном, вйрус вынуждает клетку производить такое огромное количество этого белка, что у той от избытка активности попросту отказывают тормоза, и "летка из нормальной превращается в злокачественную. Генам не все равно, с кем рядом они расположены, и внедрение чужеродного материала дезорганизует их работу и дестабилизирует обстановку внутри клетки.