Вирусология – наука о вирусах – микроскопических надмолекулярных созданиях природы, которые являются своеобразной паразитической формой жизни.
Вирусология решает фундаментальные и прикладные задачи и тесно связана с другими науками. Открытие и изучение вирусов, в частности бактериофагов, внесло огромный вклад в становление и развитие молекулярной биологии. Раздел вирусологии, изучающий наследственные свойства вирусов, тесно связан с молекулярной генетикой. Вирусы не только предмет изучения, но и инструмент молекулярно-генетических исследований, что связывает вирусологию с генетической инженерией. Вирусы – возбудители большого количества инфекционных заболеваний человека, животных, растений, насекомых. С этой точки зрения вирусология тесно связана с медициной, ветеринарией, фитопатологией и другими науками.
Место методологии в изучении вирусов огромно, так как решение поставленной задачи будет успешным лишь у того вирусолога, который использует новейшие методы.
В лексиконе врачей и биологов слово «вирусы» появилось с 1892 г. Всего прошло чуть больше 100 лет с тех пор, как русский ученный Д. И. Ивановский обнаружил болезнетворные агенты, проникавшие сквозь фильтры, которые задерживали остальные виды микроорганизмов. Это открытие послужило толчком к возникновению новой биологической науки – вирусологии.
Особенно интенсивно учение о вирусах стало развиваться во второй половине XX века, когда было обнаружено, что, помимо важной роли, которую вирусы играют в патологии, они являются очень удобным материалом для познания ряда биологических закономерностей.
Методика предупреждения оспы через прививку, называемая вариоляцией, была известна с древних времен. Упоминание о применении вариоляции в Европе датируются серединой 17-го века со ссылками на более ранний опыт применения в Китае, на Дальнем Востоке, в Турции. Суть вариоляции заключалась в том, что содержимое пустул от пациентов, болевших легкой формой оспы, вносили в маленькую ранку на коже человека, что вызывало легкое заболевание и предупреждало острую форму. Однако при этом сохранялась большая опасность заболевания тяжелой формой оспы и смертность среди привитых достигала 10%. Дженнер совершил переворот в методике предупреждения оспы. Он первый обратил внимание на то, что люди, переболевшие коровьей оспой, которая протекала легко, впоследствии никогда не болели оспой. 14 мая 1796 г. Дженнер внес в ранку Джеймса Фипса, никогда не болевшего оспой, жидкость из пустул больной коровьей оспой доярки Сары Селмес. На месте искусственной инфекции у мальчика появились типичные пустулы, которые через 14 дней исчезли. Тогда Дженнер внес в ранку мальчика высокоинфекционный материал из пустул больного оспой. Мальчик не заболел. Так зародилась и подтвердилась идея вакцинации (от латинского слова vacca – корова). Во времена Дженнера вакцинация понималась как внесение инфекционного материала коровьей оспы в организм человека с целью предотвращения заболевания натуральной оспой. Термин вакцина применяли к веществу, предохранявшему от оспы. С 1840 г. Противооспенную вакцину стали получать заражением телят. Вирус оспы человека был открыт только в 1904 г. Таким образом, оспа – это первая инфекция, против которой была применена вакцина, т. е. первая управляемая инфекция. Успехи в вакциннопрофилактике черной оспы привели к ее искоренению в мировом масштабе.
В наше время вакцинация и вакцина употребляются как общие термины, обозначающие прививку и прививочный материал.
Пастер, по существу не знавший ничего конкретного о причинах бешенства, кроме неоспоримого факта его инфекционной природы, использовал принцип ослабления (аттенуации) возбудителя. В целях ослабления болезнетворных свойств возбудителя бешенства был использован кролик, в мозг которого ввели мозговую ткань умершей от бешенства собаки. После смерти кролика мозговая ткань его была введена следующему кролику и т. д. Было проведено около 100 пассажей, прежде чем возбудитель адаптировался к ткани мозга кролика. Будучи введен подкожно в организм собаки, он проявлял лишь умеренные свойства патогенности. Такой «перевоспитанный» возбудитель Пастер назвал «фиксированным», в отличие от «дикого», которому свойственна высокая патогенность. Позднее Пастер разработал метод создания иммунитета, состоящий из серии инъекций с постепенно увеличивающимся содержанием фиксированного возбудителя. Собака, прошедшая полный курс инъекций, оказалась в полной мере устойчивой к инфекции. Пастер пришел к выводу, что процесс развития инфекционной болезни, по существу, является борьбой микробов с защитными силами организма. «Каждая болезнь должна иметь своего возбудителя, а мы должны способствовать развитию иммунитета к этой болезни в организме пациента», - говорил Пастер. Еще не понимая, каким образом организм вырабатывает иммунитет, Пастер сумел использовать его принцип и направить механизмы этого процесса на пользу человека. В июле 1885 г. Пастеру представился случай испытать свойства «фиксированного» возбудителя бешенства на ребенке, укушенном бешеной собакой. Мальчику была проведена серия инъекций все более ядовитого вещества, причем последняя инъекция содержала уже полностью патогенную форму возбудителя. Мальчик остался здоров. Вирус бешенства был открыт Ремленже в 1903 г.
Следует отметить, что ни вирус оспы, ни вирус бешенства не были первыми открытыми вирусами, поражающими животных и человека. Первое место по праву принадлежит вирусу ящура, открытому Леффлером и Фрошем в 1898 г. Эти исследователи, используя многократные разведения фильтрующегося агента, показали его ядовитость и сделали заключение о его корпускулярной природе.
К концу XIX-го столетия выяснилось, что целый ряд заболеваний человека, таких как бешенство, оспа, грипп, желтая лихорадка являются инфекционными, однако их возбудители не обнаруживались бактериологическими методами. Благодаря работам Роберта Коха (1843 – 1910 г.г.), который впервые использовал технику чистых бактериальных культур, появилась возможность различать бактериальные и небактериальные заболевания. В 1890 г. на X конгрессе гигиенистов Кох вынужден был заявить, что «…при перечисленных болезнях мы имеем дело не с бактериями, а с организованными возбудителями, которые принадлежат к совсем другой группе микроорганизмов». Это высказывание Коха свидетельствует, что открытие вирусов не было случайным событием. Не только опыт работы с непонятными по своей природе возбудителями, но и понимание сущности происходящего способствовали тому, что была сформулирована мысль о существовании оригинальной группы возбудителей инфекционных заболеваний небактериальной природы. Оставалось экспериментально доказать ее существование.
Первое экспериментальное доказательство существования новой группы возбудителей инфекционных заболеваний было получено нашим соотечественником – физиологом растений Дмитрием Иосифовичем Ивановским (1864 – 1920 г.г.) при изучении мозаичных заболеваниях табака.
В конце XIX – начале XX-го века основным методом идентификации вирусов был метод фильтрации через бактериологические фильтры (свечи Шамберлана), которые использовались как средство разделения возбудителей на бактерии и небактерии. С использованием фильтруемости через бактериологические фильтры были открыты следующие вирусы:
1892 г. – вирус табачной мозаики;
1898 г. – вирус ящура;
1899 г. – вирус чумы рогатого скота;
1900 г. – вирус желтой лихорадки;
1902 г. – вирус оспы птиц и овец;
1903 г. – вирус бешенства и вирус чумы свиней;
1904 г. – вирус оспы человека;
1905 г. – вирус чумы собак и вирус вакцины;
1907 г. – вирус денге;
1908 г. – вирус оспы и трахомы;
1909 г. – вирус полиомиелита;
1911 г. – вирус саркомы Рауса;
1915 г. – бактериофаги;
1916 г. – вирус кори;
1917 г. – вирус герпеса;
1926 г. – вирус везикулярного стоматита.
30-е годы – основным вирусологическим методом, используемым для выделения вирусов и их дальнейшей идентификации, являются лабораторные животные (белые мыши – для вирусов гриппа, новорожденные мыши – для вирусов Коксаки, шимпанзе – для вируса гепатита B, куры, голуби – для онкогенных вирусов, поросята-гнотобиоты – для кишечных вирусов и т.д.). Первым, кто начал систематически использовать лабораторных животных при изучении вирусов, был Пастер, который еще в 1881 г. проводил исследования по инокуляции материала от больных бешенством в мозг кролика. Другая веха – работы по изучению желтой лихорадки, следствием которых явилось использование в вирусологической практике новорожденных мышей. Кульминацией этого цикла работ стало выделение Сайклзом в 1948 г. на мышах-сосунках группы вирусов эпидемической миалгии.
1931 г. – в качестве экспериментальной модели для выделения вирусов стали использоваться куриные эмбрионы, которые обладают высокой чувствительностью к вирусам гриппа, оспы, лейкоза, саркомы кур и некоторым другим вирусам. И в настоящее время Куринные эмбрионы широко используются для выделения вирусов гриппа.
1932 г. – английский химик Элфорд создает искусственные мелкопористые коллоидные мембраны – основу для метода ультрафильтрации, с помощью которого стало возможным проводить определение размера вирусных частиц и дифференцировать вирусы по этому признаку.
1935 г. – применение метода центрифугирования дало возможность кристаллизации вируса табачной мозаики. В настоящее время методы центрифугирования и ультрацентрифугирования (ускорение на дне пробирки превышает 200000 g) широко используются для выделения и очистки вирусов.
В 1939 г. для изучения вирусов впервые был применен электронный микроскоп, обладающий разрешающей способностью 0,2-0,3 нм. Использование ультратонких срезов тканей и метода негативного контрастирования водных суспензий позволило проводить изучение взаимодействия вирусов с клеткой и исследовать структуру (архитектуру) вирионов. Сведения, полученные с помощью электронного микроскопа, были значительно расширены с помощью рентгеноструктурного анализа кристаллов и псевдокристаллов вирусов. Совершенствование электронных микроскопов завершилось созданием сканирующих микроскопов, позволяющих получать объемные изображения. С использованием метода электронной микроскопии изучена архитектура вирионов, особенности их проникновения в клетку хозяина.
В этот период была открыта основная масса вирусов. В качестве примера могут быть приведены следующие:
1931 г. – вирус гриппа свиней и вирус западного энцефаломиелита лошадей;
1933 г. – вирус гриппа человека и вирус восточного энцефаломиелита лошадей;
1934 г. – вирус паротита;
1937 г. – вирус рака молочной железы мышей;
1937 г. – вирус клещевого энцефалита.
40-е годы. В 1940 г. Хогланд с коллегами установили, что вирус осповакцины содержит ДНК, но не РНК. Стало очевидным, что вирусы отличаются от бактерий не только размерами и неспособностью расти без клеток, но и тем, что они содержат только один вид нуклеиновой кислоты – ДНК или РНК.
1941 г. – американский ученный Херст на модели вируса гриппа открыл феномен гемагглютинации (склеивание эритроцитов). Это открытие легло в основу разработки методов выявления и идентификации вирусов и способствовало изучению взаимодействия вируса с клеткой. Принцип гемагглютинации положен в основу ряда методов:
РГА – реакция гемагглютинации – применяется для обнаружения и титрования вирусов;
РТГА – реакция торможения гемагглютинации – применяется для идентификации и титрования вирусов.
1942 г. – Херст устанавливает наличие у вируса гриппа фермента, который позднее идентифицирован как нейраминидаза.
1949 г. – открытие возможности культивирования клеток животных тканей в искусственных условиях. В 1952 г. Эндерс, Уэллер и Роббинс получили Нобелевскую премию за разработку метода культуры клеток.
Введение в вирусологию метода культуры клеток явилось важным событием, давшим возможность получения культурных вакцин. Из широко применяемых в настоящее время культуральных живых и убитых вакцин, созданных на основе аттенуированных штаммов вирусов, следует отметить вакцины против полиомиелита, паротита, кори и краснухи.
Создателями вакцин против полиомиелита являются американские вирусологи Сэбин (трехвалентная живая вакцина на основе аттенуированных штаммов полиовирусов трех серотипов) и Солк (убитая трехвалентная вакцина). В нашей стране советскими вирусологами М. П. Чумаковым и А. А. Смородинцевым разработана технология производства живой и убитой вакцин против полиомиелита. В 1988 г. Всемирная ассамблея здравоохранения поставила перед ВОЗ задачу ликвидации полиомиелита во всем мире с полным прекращением циркуляции дикого полиовируса. К настоящему времени достигнут огромный прогресс в этом направлении. Применение глобальной вакцинации против полиомиелита с применением «туровых» схем вакцинации позволило не только кардинально снизить заболеваемость, но и создать территории, свободные от циркуляции дикого полиовируса.
Открыты вирусы:
1945 г. – вирус Крымской геморрагической лихорадки;
1948 г. – вирусы Коксаки.
50-е годы. В 1952 г. Дульбекко разрабатывает метод титрования бляшек в монослое клеток эмбриона цыпленка, что позволило ввести в вирусологию количественный аспект. 1956-62 г.г. Уотсон, Каспар (США) и Клуг (Великобритания) разрабатывают общую теорию симметрии вирусных частиц. Структура вирусной частицы стала одним из критериев в системе классификации вирусов.
Этот период характеризовался значительными достижениями в области бактериофагов:
- установлена индукция профага лизогенизирующих фагов (Львов и др., 1952 г.);
- доказано, что инфекционность присуща фаговой ДНК, а не белковой оболочке (Херши, Чейз, 1952 г.);
- открыто явление общей трансдукции (Шаффер, Шверд, 1955 г.).
Открыты вирусы:
1951 г. – вирусы лейкоза мышей и ЕСНО;
1953 г. – аденовирусы;
1954 г. – вирус краснухи;
1956 г. – вирусы парагриппа, цитомегаловирус, респираторно-син-цитиальный вирус;
1957 г. – вирус полиомы;
1959 г. – вирус аргентинской геморрагической лихорадки.
60-е и последующие годы характеризуются расцветом молекулярно-биологических методов исследования. Достижения в области химии, физики, молекулярной биологии и генетики легли в основу методической базы научных исследований, которые стали применяться не только на уровне методик, но и целых технологий, где вирусы выступают не только как объект исследований, но и как инструмент. Ни одно открытие молекулярной биологии не обходится без вирусной модели.
1967 г. – Катес и МакАуслан демонстрируют присутствие в вирионе осповакцины ДНК-зависимой РНК-полимеразы. В следующем году обнаруживается РНК-зависимая РНК-полимераза у реовирусов, а затем у парамиксо- и рабдовирусов. В 1968 г. Якобсон и Балтимор устанавливают наличие у полиовирусов геномного белка, соединенного с РНК, Балтимор и Бостон устанавливают, что геномная РНК полиовируса транслируется в полипротеин.
Открыты вирусы:
1960 г. – риновирусы;
1963 г. – австралийский антиген (HBsAg).
70-е годы. Балтимор одновременно с Темином и Мизутани сообщают об открытии в составе РНК-содержащих онкогенных вирусов фермента обратной транскриптазы (ревертаза). Становится реальным изучение генома РНК содержащих вирусов.
Изучение экспрессии генов у вирусов эукариот дало фундаментальную информацию о молекулярной биологии самих эукариот – существование кэп-структуры мРНК и ее роль в трансляции РНК, наличие полиадениловой последовательности на 3’-конце мРНК, сплайсинг и роль энхансеров в транскрипции впервые выявлены при изучении вирусов животных.
1972 г. – Берг публикует сообщение о создании рекомбинантной молекулы ДНК. Возникает новый раздел молекулярной биологии – генная инженерия. Применение технологии рекомбинантных ДНК позволяет получать белки, имеющие важное значение в медицине (инсулин, интерферон, вакцины). 1975 г. – Келер и Мильштейн получают первые линии гибридов, продуцирующих моноклональные антитела (МКА). На основе МКА разрабатываются самые специфичные тест-системы для диагностики вирусных инфекций. 1976 г. – Бламберг за открытие HBsAg получает Нобелевскую премию. Установлено, что гепатит A и гепатит B вызываются разными вирусами.
Открыты вирусы:
1970 г. – вирус гепатита B;
1973 г. – ротавирусы, вирус гепатита A;
1977 г. – вирус гепатита дельта.
80-е годы. Развитие заложенных отечественным ученым Л. А. Зильбером представлений о том, что возникновение опухолей может быть связано с вирусами. Компоненты вирусов, ответственные за развитие опухолей, назвали онкогенами. Вирусные онкогены оказались в числе лучших модельных систем, помогающих изучению механизмов онкогенетической трансформации клеток млекопитающих.
1985 г. – Мюллис получает Нобелевскую премию за открытие полимеразной цепной реакции (ПЦР). Это – молекулярно-генетический метод диагностики, позволивший, кроме того, усовершенствовать технологию получения рекомбинантных ДНК и открыть новые вирусы.
Открыты вирусы:
1983 г. – вирус иммунодефицита человека;
1989 г. – вирус гепатита C;
1995 г. – с использованием ПЦР открыт вирус гепатита G.
1. Новикова Н. А., Новиков В. В., Добротина Н. А., Мазепа В. Н. Вирусология: Учебное пособие. Нижний Новгород: Изд-во ННГУ им. Н. И. Лобачевского, 2002. - 202 с.
2. Баррет Т., Берд П., Клегг Дж. и др. Вирусология. Методы: Пер. с англ./ Под ред. Б. Мейхи. – М.: Мир, 1988. – 344 с., ил.
3. Жданов В. М., Львов Д. К., Ершов Ф. И. Методологические основы прогресса современной вирусологии/ АМН СССР. – М.: Медицина, 1981. – 216 с., ил.
4. http://www.vira-ss.narod.ru
Коментарий: Реферат был защищен на кафедре Молекулярной биологии и иммунологии ННГУ им. Н. И. Лобачевского в 2005 году (преподаватель: Добротина Н. А.). Защищен на оценку: зачтено.
Последнее обновление страницы: 27 декабря 2006 E-mail: vira-ss@narod.ru
